[發明專利]一種片上集成的寬帶耦合光學微腔系統及其耦合方法

有效

• 申請號: 201710874779.3
• 申請日: 2017-09-25
• 公開（公告）號: CN107508140B
• 公開（公告）日: 2019-05-14
• 發明（設計）人: 肖云峰;姜雪峰;邵林博;張樹昕;王栗;龔旗煌
• 申請（專利權）人: 北京大學
• 主分類號: H01S5/00
• 分類號: H01S5/00
• 代理公司: 北京萬象新悅知識產權代理有限公司 11360
• 代理人: 王巖

1.一種片上集成的寬帶耦合光學微腔系統，其特征在于，所述寬帶耦合光學微腔系統包括：非圓形光學微腔、光波導和芯片；其中，所述非圓形光學微腔和光波導集成在芯片上，所述光波導與非圓形光學微腔的邊緣相切；所述光波導的截面為亞波長尺度；所述非圓形光學微腔的形狀為二維的盤狀，邊界的形狀相對于圓形具有微小的變形，用二維極坐標描述為n為自然數且1≤n≤4，a_n為系數滿足-0.1≤a_n≤0.1，φ為極角滿足0≤φ<2π，R₀為尺度參數滿足10微米≤R₀≤1000微米；變形度定義為η＝(R_max-R_min)/R_max，R_max和R_min分別為φ變化時的R(φ)的最大值和最小值，所述非圓形光學微腔的變形度η滿足3％≤η≤20％；激光通過光波導傳輸并折射進入非圓形光學微腔；非圓形光學微腔的微小變形使得原本只分布在圓形光學微腔邊緣中的本征態回音壁模式延伸出進入到非圓形光學微腔的內部，形成“尾巴”；激光與非圓形光學微腔內的“尾巴”相位匹配，從而有效激發非圓形光學微腔的回音壁模式；同樣的，非圓形光學微腔的回音壁模式能夠通過其“尾巴”，折射到光波導中；從而光波導實現對非圓形光學微腔中回音壁模式的有效的寬帶激發和收集，即完成了光波導和非圓形光學微腔的高效寬帶耦合。

2.如權利要求1所述的寬帶耦合光學微腔系統，其特征在于，所述光波導采用二氧化硅、硅、氮化硅、鈮酸鋰、氮化鋁、氮化鎵和鍺中的一種。

3.如權利要求1所述的寬帶耦合光學微腔系統，其特征在于，所述非圓形光學微腔采用二氧化硅、硅、氮化硅、鈮酸鋰、氮化鋁、氮化鎵和鍺中的一種。

4.一種如權利要求1所述片上集成的寬帶耦合光學微腔系統的寬帶耦合方法，其特征在于，所述寬帶耦合方法包括以下步驟：

1)激光通過光波導傳輸折射進入非圓形光學微腔；

2)非圓形光學微腔的微小變形使得原本只分布在圓形光學微腔邊緣中的本征態回音壁模式延伸出進入到非圓形光學微腔的內部，形成“尾巴”；

3)激光與非圓形光學微腔內的“尾巴”相位匹配，從而有效激發非圓形光學微腔的回音壁模式；

4)同樣的，非圓形光學微腔的回音壁模式能夠通過其“尾巴”，折射到光波導中；

5)光波導實現對非圓形光學微腔中回音壁模式的有效的寬帶激發和收集，即完成了光波導和非圓形光學微腔的高效寬帶耦合。