[發明專利]基于薄膜鈮酸鋰波導的可實時調諧色散波產生系統及方法

在審

• 申請號: 202210313881.7
• 申請日: 2022-03-28
• 公開（公告）號: CN114675464A
• 公開（公告）日: 2022-06-28
• 發明（設計）人: 徐捷;康哲;林宗興
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G02F1/35
• 分類號: G02F1/35;G02F1/365
• 代理公司: 杭州君度專利代理事務所(特殊普通合伙) 33240
• 代理人: 朱月芬

1.基于薄膜鈮酸鋰光波導的可實時調諧色散的產生系統，其特征在于該系統包括超短脈沖激光器(1)、偏振控制器(3)、可調直流穩壓電源(6)、薄膜鈮酸鋰芯片(7)和光學頻譜分析儀(11)；超短脈沖激光器(1)的輸出端與偏振控制器(3)的輸入端通過第一單模光纖(2)連接；偏振控制器(3)的輸出端與第一透鏡光纖(5)通過第二單模光纖(4)連接；第一透鏡光纖(5)通過端面耦合，將光場耦合至薄膜鈮酸鋰芯片(7)的輸入端；可調直流穩壓電源(6)通過導線(8)與薄膜鈮酸鋰芯片(7)連接；光場從薄膜鈮酸鋰芯片(7)輸出通過端面耦合到第二透鏡光纖(9)的輸入端；第二透鏡光纖(9)的輸出端與第三單模光纖(10)的一端連接；第三單模光纖(10)的輸出端與光學頻譜分析儀(11)的輸入端連接。

2.根據權利要求1所述的基于薄膜鈮酸鋰光波導的可實時調諧色散的產生系統，其特征在于薄膜鈮酸鋰芯片(7)上設置有金屬加熱電極(13)、懸浮結構鈮酸鋰脊型波導(12)、基底(18)、掩埋氧化物層(17)、熱絕緣溝道(16)、波導層(15)和覆蓋層(14)。

3.根據權利要求2所述的基于薄膜鈮酸鋰光波導的可實時調諧色散的產生系統，其特征在于第一透鏡光纖(5)通過端面耦合，將光場耦合至薄膜鈮酸鋰芯片(7)的懸浮結構鈮酸鋰脊型波導(12)的輸入端；光場從懸浮結構鈮酸鋰脊型波導(12)的另一端輸出通過端面耦合到第二透鏡光纖(9)的輸入端。

4.根據權利要求2所述的基于薄膜鈮酸鋰光波導的可實時調諧色散的產生系統，其特征在于可調直流穩壓電源(6)通過導線(8)與薄膜鈮酸鋰芯片(7)中的金屬加熱電極16連接。

5.根據權利要求1所述的基于薄膜鈮酸鋰光波導的可實時調諧色散的產生系統，其特征在于在薄膜鈮酸鋰芯片(7)上，金屬加熱電極(13)與懸浮結構鈮酸鋰脊型波導(12)平行，且兩者之間的距離根據實際需求設置；通過金屬加熱電極(13)中流過電流的熱效應對懸浮結構鈮酸鋰脊型波導(12)進行加熱。

6.根據權利要求3所述的基于薄膜鈮酸鋰光波導的可實時調諧色散的產生系統，其特征在于基底(18)為鈮酸鋰或硅，掩埋氧化物層(17)為二氧化硅，熱絕緣溝道16為空氣，波導層(15)為鈮酸鋰薄膜，金屬加熱電極(13)為鎳鉻合金，覆蓋層(14)為空氣。

7.根據權利要求3或4或5所述的基于薄膜鈮酸鋰光波導的可實時調諧色散的產生系統的實現方法，其特征在于利用高折射率對比度波導中的模式雜化特性，使特定波長處的色散特性發生突變，從而在最終產生的超連續譜中，該波長處可獲得高功率、窄帶寬、光譜孤立的模式雜化色散波；同時，結合懸浮結構鈮酸鋰脊型波導(12)的熱光雙折射效應，通過對懸浮結構鈮酸鋰脊型波導(12)溫度進行熱電調控，調諧波導中出現模式雜化現象的波長，最終實現對模式雜化色散波的實時調諧，具體的利用懸浮結構鈮酸鋰脊型波導(12)在垂直方向上結構不對稱的特性，使得TE基模與TM一階模的有效折射率在模式雜化波長處交叉；產生模式雜化現象的波長對兩種偏振模式之間有效折射率的相對變化非常敏感，結合鈮酸鋰材料自身特有的熱光雙折射效應，使得沿光軸偏振和沿垂直光軸偏振的兩種偏振光具有極大的熱光系數差異，因此沿光軸偏振的TE模的折射率比沿垂直光軸偏振的TM模的折射率對溫度變化更敏感；所以將模式雜化和熱光效應兩者結合，實現模式雜化色散波波長的實時熱調諧。

8.根據權利要求3或4或5所述的基于薄膜鈮酸鋰光波導的可實時調諧色散的產生系統的實現方法，其特征在于當懸浮結構鈮酸鋰脊型波導(12)溫度為T℃時，在模式雜化點設定范圍內，TE₀和TM₁模有效折射率近似，并具有相似的模場分布，并且越接近雜化波長處，TE₀和TM₁模場分布越相似；通過計算下式數值化評估雜化強度：

其中，E_x和E_y分別是水平和豎直方向上的電場分量，當γ_TE值接近1時代表準TE模，接近0時代表準TM模，其取值0.5時代表雜化強度最大，將此時的波長稱為模式雜化點。