[實用新型]一種基于微米光纖集成的高效倍頻器件

有效

• 申請號: 202223234334.4
• 申請日: 2022-12-01
• 公開（公告）號: CN218547190U
• 公開（公告）日: 2023-02-28
• 發明（設計）人: 余健輝;陳偉棟;張宇;林子祺;鐘永春;唐潔媛
• 申請（專利權）人: 暨南大學
• 主分類號: G02F1/37
• 分類號: G02F1/37
• 代理公司: 廣州智豐知識產權代理事務所(普通合伙) 44655
• 代理人: 凌衍芬

本實用新型涉及非線性光學領域，具體涉及一種基于微米光纖集成的高效倍頻器件。包括：襯底、叉指電極、二階非線性光學材料薄膜和微納光纖；所述叉指電極設置在襯底上表面，所述二階非線性光學材料薄膜覆蓋在叉指電極上表面，所述微納光纖緊貼于二階非線性光學材料薄膜上表面。本實施例將具有良好二階非線性光學系數的材料薄膜覆蓋在叉指電極上，微納光纖與材料薄膜耦合激發二階非線性的同時滿足準相位匹配以及局域場增強，可以實現高效的倍頻轉換過程。

技術領域

本實用新型涉及非線性光學領域，更具體地，涉及一種基于微米光纖集成的高效倍頻器件。

背景技術

激光的發明開辟了非線性光學的廣闊領域，當電場強度可與原子內部的庫倫場相比擬的光波與介質產生相互作用時將激發非線性效應，其中介質極化率P與場強E的關系可寫成：

P＝x⁽¹⁾E+x⁽²⁾:EE+x⁽³⁾:EEE+…

x⁽²⁾是二階非線性系數，它負責二次諧波生成、和頻生成、差頻生成以及許多其他三波混頻過程。在自然界中存在許多表現出高性能x⁽²⁾的二階非線性晶體，包括鈮酸鋰、磷酸二氫鉀等，它們的共同特點是缺乏中心反轉對稱性。基于這些晶體實現的二階非線性光學頻率轉換目前已廣泛應用于光譜學、超短脈沖倍頻、信號處理以及光通信領域，傳統的二階頻率轉換系統通常在離子交換的周期化鈮酸鋰波導中實現，其中準相位匹配通過周期疇反轉實現，以增強非線性轉換效率。

隨著通信系統對數據速率的要求不斷增加，將所有光學元件集成在一個芯片中已成為趨勢，而將自由空間光精準地耦合進波導內需要借助相當多的光學元件，這不利于器件的集成化、微型化，也不利于長距離信號的收集。同時，鈮酸鋰等傳統波導，其脊波導粗糙的側壁會帶來較大的散射損耗；質子交換波導折射率對比度小，僅支持TM引導模式。這些缺點限制了周期性鈮酸鋰波導作為二階非線性光學頻率轉換系統的進一步應用。

二氧化硅光纖天然具備超低損耗、高損傷閾值等固有特性，可以實現長距離通信和傳感。但是由于石英纖維的中心對稱結構，它本身并不具備二階非線性光學系數。目前主要通過熱極化、電場極化和光學極化來人為地破壞光纖的中心對稱性，但是這些方法通常面臨著復雜的工藝和苛刻的制造條件。隨著材料學的發展，大量缺乏中心對稱性、具有良好二階非線性光學系數的材料被發現，這些材料由于其穩定的物理化學性質、超高的機械強度，可與微尺寸光電器件完美結合。通過將光纖與具有強二階非線性系數和多模式重疊的材料集成實現具有二階非線性的混合系統，可能實現基于光纖的諧波源、光學參量振蕩器、自發參量下轉換變頻源以及基于光纖的量子通信。

實用新型內容

本實用新型旨在克服上述現有技術的至少一種缺陷(不足)，提供一種基于微米光纖集成的高效倍頻器件，將具有良好二階非線性光學系數的材料薄膜覆蓋在叉指電極上，微納光纖與材料薄膜耦合激發二階非線性的同時滿足準相位匹配以及局域場增強，可以實現高效的倍頻轉換過程。

本實用新型采取的技術方案是，提供一種基于微米光纖集成的高效倍頻器件，包括：襯底、叉指電極、二階非線性光學材料薄膜和微納光纖；所述叉指電極設置在襯底上表面，所述二階非線性光學材料薄膜覆蓋在叉指電極上表面，所述微納光纖緊貼于二階非線性光學材料薄膜上表面。