[發明專利]一種在多模波導中實現多模準相位匹配四波混頻的方法

在審

• 申請號: 202210021569.0
• 申請日: 2022-01-10
• 公開（公告）號: CN114265259A
• 公開（公告）日: 2022-04-01
• 發明（設計）人: 高士明;趙義;陳寶寶
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G02F1/365
• 分類號: G02F1/365;G02F1/35
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 林超

1.一種在多模波導中實現多模準相位匹配四波混頻的方法，所述的多模波導是包括了兩段直波導以及兩段直波導之間的錐形波導，其特征在于，包括如下步驟：

1)確定基模和高階模的目標信號光、泵浦光和閑頻光波長，然后基于當前目標信號光、泵浦光和閑頻光處理獲得當前目標信號光下基模和高階模分別對應的四波混頻過程中直波導寬度-相位失配量的關系曲線；

2)根據當前目標信號光下基模和高階模分別對應的四波混頻過程中直波導寬度-相位失配量的關系曲線，選擇兩個直波導的寬度W₁和W₂，使得當前目標信號光處兩種寬度的直波導分別在基模和高階模對應的四波混頻過程中的相位失配量滿足多模相位失配量等式；

3)根據兩段直波導的寬度差確定錐形波導長度，實現不同寬度直波導之間模式的絕熱轉換；

4)將每個直波導在基模和高階模對應的四波混頻過程中的相位失配量中較大的相位失配量作為當前直波導的目標相位失配量，根據每個直波導的長度與當前直波導的目標相位失配量的乘積等于π，確定當前兩段直波導的長度，由步驟2)中的兩段直波導以及步驟3)中的錐形波導構成多模波導基本單元，多個多模波導基本單元之間依次連接后形成周期性結構，從而構成最終的多模波導，在最終的多模波導中同時實現基模和高階模的四波混頻過程的準相位匹配。

2.根據權利要求1所述的一種在多模波導中實現多模準相位匹配四波混頻的方法，其特征在于，所述步驟1)具體為：

首先確定在基模和高階模對應的四波混頻過程中進行準相位匹配的信號光波長，接著確定泵浦光波長，基于信號光波長和泵浦光波長從而確定閑頻光波長；然后基于當前信號光、泵浦光和閑頻光利用仿真軟件對不同寬度的直波導的本征模式進行仿真，得到每個寬度的直波導中當前信號光、泵浦光、閑頻光分別在基模和高階模下對應的有效折射率，基于有效折射率計算獲得當前寬度的直波導在基模和高階模分別對應的四波混頻過程的相位失配量，遍歷計算不同寬度的直波導在基模和高階模對應的四波混頻過程的相位失配量，從而建立獲得當前目標信號光下基模和高階模分別對應的四波混頻過程中直波導寬度-相位失配量的關系方程。

3.根據權利要求1所述的一種在多模波導中實現多模準相位匹配四波混頻的方法，其特征在于，所述步驟1)中的仿真軟件為有限元分析軟件comsol。

4.根據權利要求1所述的一種在多模波導中實現多模準相位匹配四波混頻的方法，其特征在于，所述步驟2)中多模相位失配量等式具體為：

Δβ₀(W₁)/Δβ₀(W₂)＝Δβ₁(W₁)/Δβ₁(W₂)

其中，Δβ₀(W₁)表示當前目標信號光處第一寬度W₁的直波導在基模對應的四波混頻過程中的相位失配量，Δβ₀(W₂)表示當前目標信號光處第二寬度W₂的直波導在基模對應的四波混頻過程中的相位失配量，Δβ₁(W₁)表示當前目標信號光處第一寬度W₁的直波導在高階模對應的四波混頻過程中的相位失配量，Δβ₁(W₂)表示當前目標信號光處第二寬度W₂的直波導在高階模對應的四波混頻過程中的相位失配量。

5.根據權利要求1所述的一種在多模波導中實現多模準相位匹配四波混頻的方法，其特征在于，所述步驟4)中每個直波導的長度與當前直波導的目標相位失配量的乘積等于π，具體為：

max{Δβ₀(W₁),Δβ₁(W₁)}×L₁＝max{Δβ₀(W₂),Δβ₁(W₂)}×L₂＝π

其中，Δβ₀(W₁)表示當前目標信號光處第一寬度W₁的直波導在基模對應的四波混頻過程中的相位失配量，Δβ₁(W₁)表示當前目標信號光處第一寬度W₁的直波導在高階模對應的四波混頻過程中的相位失配量，Δβ₀(W₂)表示當前目標信號光處第二寬度W₂的直波導在基模對應的四波混頻過程中的相位失配量，Δβ₁(W₂)表示當前目標信號光處第二寬度W₂的直波導在高階模對應的四波混頻過程中的相位失配量，max{}表示取最大值操作，L₁表示第一寬度W₁的直波導的長度，L₂表示第二寬度W₂的直波導的長度。