[發(fā)明專利]基于微納GaAs光學(xué)波導(dǎo)的全光調(diào)制裝置及方法

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110443735.8
• 申請(qǐng)日: 2011-12-27
• 公開（公告）號(hào): CN102654715A
• 公開（公告）日: 2012-09-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 吳建偉
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 河海大學(xué)
• 主分類號(hào): G02F1/35
• 分類號(hào): G02F1/35
• 代理公司: 南京蘇高專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 32204
• 代理人: 柏尚春

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種全光調(diào)制技術(shù)，具體涉及一種基于微納GaAs光學(xué)波導(dǎo)的全光調(diào)制裝置及方法。

背景技術(shù)

基于各種光學(xué)材料和裝置的全光調(diào)制方案被廣泛開發(fā)應(yīng)用，隨著集成光電子技術(shù)的迅猛發(fā)展，人們更多的目光聚焦在利用具有高非線性光學(xué)效應(yīng)的微納光學(xué)介質(zhì)波導(dǎo)來實(shí)現(xiàn)全光調(diào)制功能。目前，人們研究較多的是采用具有高非線性光學(xué)過程的微納硅基光學(xué)波導(dǎo)中的雙光子吸收效應(yīng)來實(shí)現(xiàn)全光調(diào)制技術(shù)，但是由于硅介質(zhì)中的雙光子吸收過程并不很強(qiáng)，而且由雙光子吸收過程所產(chǎn)生的自由載流子具有較長的恢復(fù)時(shí)間，因此導(dǎo)致硅基光學(xué)波導(dǎo)中的光學(xué)調(diào)制過程受到調(diào)制消光比和操作速率的限制。

發(fā)明內(nèi)容

發(fā)明目的：本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種全光調(diào)制過程具有高達(dá)數(shù)十Gb/s的操作速率和極高的消光比的基于微納GaAs光學(xué)波導(dǎo)的全光調(diào)制裝置及方法。

技術(shù)方案：本發(fā)明所述的基于微納GaAs光學(xué)波導(dǎo)的全光調(diào)制裝置，包括激光光源、微納GaAs光學(xué)波導(dǎo)、濾波器和頻譜分析儀，所述激光光源、微納GaAs光學(xué)波導(dǎo)、濾波器和頻譜分析儀通過光纖依次連接。所述激光光源由泵浦脈沖激光光源和連續(xù)探測光激光光源組成，激光從所述激光光源輸出通過2×1光纖耦合器耦合后進(jìn)入微納GaAs光學(xué)波導(dǎo)進(jìn)行探測光波的全光調(diào)制，調(diào)制后的激光進(jìn)入所述濾波器將泵浦光波過濾，剩余被調(diào)制的探測光通過1×2光纖耦合器進(jìn)入頻譜分析儀。

本發(fā)明采用以微納GaAs光學(xué)波導(dǎo)為核心元件來實(shí)現(xiàn)高速率的全光調(diào)制技術(shù)。利用泵浦-探測結(jié)構(gòu)，其中，泵浦光具有高強(qiáng)度的脈沖波形，探測光是具有較低強(qiáng)度的連續(xù)光波，在波導(dǎo)中，由于非簡并雙光子吸收過程，連續(xù)探測波將被泵浦脈沖反向調(diào)制，從而在波導(dǎo)末端獲得被調(diào)制的光學(xué)信號(hào)，而且可通過調(diào)節(jié)入射泵浦光脈沖的強(qiáng)度和波導(dǎo)長度的方法來實(shí)現(xiàn)調(diào)制信號(hào)消光比(調(diào)制深度)的靈活控制。

為了對(duì)所述濾波器輸出的調(diào)制信號(hào)進(jìn)行動(dòng)態(tài)檢測，所述頻譜分析儀包括光譜分析儀和脈沖時(shí)域分析儀，所述光譜分析儀和脈沖時(shí)域分析儀分別與所述1×2光纖耦合器的輸出端相連接。

所述泵浦脈沖激光光源和連續(xù)探測光激光光源分別采用光纖鎖模激光器和拉曼硅連續(xù)激光器產(chǎn)生。

為了對(duì)所述濾波器輸出的調(diào)制信號(hào)進(jìn)行動(dòng)態(tài)檢測，該裝置還包括光譜分析儀、脈沖時(shí)域分析儀和1×2光纖耦合器，所述1×2光纖耦合器與濾波器的輸出端連接，所述1×2光纖耦合器的輸出端分別與所述光譜分析儀和脈沖時(shí)域分析儀相連接。

本發(fā)明基于微納GaAs光學(xué)波導(dǎo)的全光調(diào)制方法：從泵浦脈沖激光光源和連續(xù)探測光激光光源發(fā)出泵浦光和探測光，共同通過2×1光纖耦合器耦合后進(jìn)微納GaAs光學(xué)波導(dǎo)；在所述微納GaAs光學(xué)波導(dǎo)中，兩束光波經(jīng)非線性作用實(shí)現(xiàn)泵浦光和探測光的反向調(diào)制；在所述微納GaAs光學(xué)波導(dǎo)的輸出端，輸出的光信號(hào)通過濾波器將泵浦光過濾掉，僅被調(diào)制的探測光通過濾波器后作為調(diào)制光信號(hào)被輸出。所述濾波器輸出的調(diào)制光信號(hào)又將經(jīng)過1×2耦合器分別進(jìn)入光譜分析儀和光脈沖時(shí)域分析儀。

所述微納GaAs光學(xué)波導(dǎo)的長度為1mm，調(diào)制速率在10～100Gb/s之間，調(diào)制深度大于90％。

本發(fā)明的工作原理可描述為：當(dāng)中心載波波長在1550nm附件的強(qiáng)泵浦脈沖和低功率連續(xù)探測光波從激光源輸出后，通過非球面透鏡耦合進(jìn)核心元件GaAs波導(dǎo)，在波導(dǎo)中，光波與光波之間以及光波與波導(dǎo)之間強(qiáng)發(fā)生強(qiáng)烈的非線性互作用過程，相應(yīng)的非線性作用可通過以下理論模型來進(jìn)行描述：