[發(fā)明專利]基于表面摻稀土離子微腔的可調(diào)諧孤子頻率梳產(chǎn)生裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011091814.2
• 申請(qǐng)日: 2020-10-13
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112217089B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-09-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 姚佰承;譚騰;袁中野;張浩;饒?jiān)平?/a>
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 電子科技大學(xué)
• 主分類號(hào): H01S3/10
• 分類號(hào): H01S3/10;H01S3/102;H01S3/067
• 代理公司: 成都君合集專利代理事務(wù)所(普通合伙) 51228
• 代理人: 尹新路

1.一種基于表面摻稀土離子微腔的可調(diào)諧孤子頻率梳產(chǎn)生裝置，其特征在于，由至少一個(gè)表面摻稀土離子的微腔，一段錐形光纖，一個(gè)1550nm掃描泵浦光源,一個(gè)974nm控制光源，一個(gè)高功率摻鉺光纖放大器,一個(gè)可調(diào)濾波器,一個(gè)波分多路復(fù)用器,光纖偏振控制器,一個(gè)環(huán)形器和溫度控制模塊組成；所述掃描泵浦光源的輸出波長(zhǎng)和功率不變，掃描泵浦光源、高功率摻鉺光纖放大器和可調(diào)濾波器依次連接,然后連接到波分多路復(fù)用器的1550nm端口，實(shí)現(xiàn)200mW的低噪聲泵浦光輸出；974nm控制光源的輸出直接連接到波分復(fù)用器的980nm端口；波分復(fù)用器的com端口、光纖偏振控制器和環(huán)形器的第一端口依次連接；環(huán)形器的第二端口連接錐形光纖；二氧化硅微球固定在溫度控制模塊上，以保持溫度穩(wěn)定，并與錐形光纖耦合；環(huán)形器的第三端口作為信號(hào)輸出端口，獲得的微球反射頻率梳信號(hào)具有更少的泵浦光分量，并與光耦合器連接，將信號(hào)分為兩路；一路連接到光譜儀，用于測(cè)量孤子頻率梳的光譜，另一路通過(guò)光電探測(cè)器后連接到示波器或電子頻譜分析儀，采集輸出孤子功率信息；所述表面摻稀土離子的微腔為表面摻稀土離子的二氧化硅微球，二氧化硅微球的直徑為500微米，通過(guò)保偏光纖熔接機(jī)對(duì)直徑為125微米的單模光纖進(jìn)行3次大功率放電弧放電得到，經(jīng)蘸取由氯化鉺水合物(ErCl₃·6H₂O)、純水、酒精按重量比1.567:12.188:37.2混合制成Er³⁺離子溶液后，采用氫氧焰灼燒去除表面的酒精和水，并通過(guò)保偏光纖熔接機(jī)再次放電進(jìn)行退火；最后得到直徑為600微米摻Er³⁺的微球，腔品質(zhì)因數(shù)大于等于3×10⁸的表面摻稀土離子微球諧振腔；錐形光纖由二氧化硅單模光纖通過(guò)熔融拉錐方法制備而成，錐區(qū)直徑為1μm，整體長(zhǎng)度為3厘米,與微球赤道貼附耦合用以輸入泵浦光、控制光和輸出光頻梳信號(hào)光；所述錐形光纖的錐區(qū)直徑與泵浦波長(zhǎng)在同一數(shù)量級(jí)，光以倏逝場(chǎng)形式沿微光纖傳播；所采用的錐形光纖垂直于所采用的微球連接光纖并微球赤道耦合，兩者的相對(duì)位置由兩個(gè)精確的三維平移臺(tái)控制；選取摻鉺光纖放大器(EDFA)；控制光頻率974nm，泵浦光頻率1550nm；光頻梳輸出光譜寬度大于等于100nm，梳線間隔為0.8nm，重復(fù)頻率為10-500GHz，脈沖寬度300飛秒；光頻梳孤子鎖模泵浦閾值小于等于40毫瓦，輸出功率大于等于1毫瓦，單根線寬小于等于2Hz，信噪比大于等于60dB，相位噪聲小于等于-120dBc/Hz@10kHz；所述微腔是回音壁模式微球，微腔的材料包含：石英(SiO₂)、氮化硅(Si₃N₄)、鈮酸鋰(LiNbO₃)、氟化鈣(CaF₂)、氟化鎂(MgF₂)；所述稀土離子水合物包含:NdCl₃·6H₂O、TmCl₃·6H₂O、YbCl₃·6H₂O、ErCl₃·6H₂O；所述裝置通過(guò)調(diào)制不穩(wěn)定性和三階克爾非線性效應(yīng)引起的級(jí)聯(lián)四波混頻過(guò)程，實(shí)現(xiàn)光譜的展寬，當(dāng)諧振腔內(nèi)的增益和損耗、非線性和色散平衡后，實(shí)現(xiàn)了各個(gè)縱模的相位鎖定，形成孤子脈沖輸出。

2.一種權(quán)利要求1所述的基于表面摻稀土離子微腔的可調(diào)諧孤子頻率梳產(chǎn)生裝置的調(diào)諧方法，其特征在于，第一步，制備表面摻雜稀土離子的微腔結(jié)構(gòu)和錐形光纖；第二步，搭建實(shí)驗(yàn)裝置和連接光路，1550nm掃描泵浦光源、高功率摻鉺光纖放大器和可調(diào)濾波器依次連接,然后連接到波分多路復(fù)用器的1550nm端口，實(shí)現(xiàn)200mW的低噪聲泵浦光輸出；974nm控制光源的輸出直接連接到波分復(fù)用器的980nm端口；波分復(fù)用器的com端口、光纖偏振控制器和環(huán)形器的第一端口依次連接；環(huán)形器的第二端口連接錐形光纖；微球固定在溫度控制模塊上，以保持溫度穩(wěn)定，并與錐形光纖耦合；環(huán)形器的第三端口作為信號(hào)輸出端口，獲得的微球反射頻率梳信號(hào)具有更少的泵浦光分量，并與50:50的光耦合器連接，將信號(hào)分為兩路；一路連接到光譜儀，用于測(cè)量孤子頻率梳的光譜，另一路通過(guò)光電探測(cè)器后連接到示波器或電子頻譜分析儀；第三步，關(guān)閉控制光源，通過(guò)掃頻獲得孤子光頻梳輸出，首先，我們關(guān)掉控制光源；在微球區(qū)，由于諧振腔的“回音壁”模式，諧振腔的Q值高達(dá)3×10⁸；通過(guò)調(diào)制不穩(wěn)定性和三階克爾非線性效應(yīng)引起的級(jí)聯(lián)四波混頻過(guò)程，實(shí)現(xiàn)光譜的展寬；當(dāng)諧振腔內(nèi)的增益和損耗、非線性和色散平衡后，實(shí)現(xiàn)了各個(gè)縱模的相位鎖定，形成孤子脈沖輸出；第四步，打開(kāi)控制光源，采用全光調(diào)控的方式，通過(guò)調(diào)節(jié)控制激光的功率從0到10毫瓦，實(shí)現(xiàn)光頻梳的開(kāi)關(guān)輸出，開(kāi)關(guān)比大于等于98％，開(kāi)關(guān)速率大于等于8MHz，同時(shí)保持穩(wěn)定的輸出，通過(guò)調(diào)節(jié)控制光源的功率實(shí)現(xiàn)對(duì)孤子光頻梳輸出功率的調(diào)節(jié)。