[發明專利]一種基于周期性極化型鈮酸鋰晶體的高偏振隔離的光參量放大器

在審

• 申請號: 202310294017.1
• 申請日: 2023-03-24
• 公開（公告）號: CN116430644A
• 公開（公告）日: 2023-07-14
• 發明（設計）人: 胡哲峰;孫宇哲;程書停;趙亞超;陳開鑫
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: G02F1/355
• 分類號: G02F1/355;G02F1/35;G02F1/37;G02F1/39
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明提供了一種基于周期性極化型鈮酸鋰晶體的高偏振隔離的光參量放大器，屬于光通信和微波光子學領域。本發明通過對周期性極化型鈮酸鋰晶體的極化周期的設計，可以在同一個周期性極化型鈮酸鋰晶體上同時利用二階非線性效應中的差頻與倍頻效應來實現對不同偏振信號光的放大和消耗，無需額外偏振控制器件即可實現對某一偏振信號光的高偏振隔離放大。通過選擇周期性極化型鈮酸鋰晶體的極化周期，輸入滿足準相位匹配條件的信號光和泵浦光的波長，可實現信號光的高偏振隔離放大。通過改變泵浦光的功率可實現對差頻放大增益的調節，進一步實現偏振隔離度的調節。

技術領域

本發明屬于光通信和微波光子學領域，特別涉及一種周期性極化型鈮酸鋰晶體的高偏振隔離的光參量放大器。

背景技術

在光通信中，經常需要對中繼信號進行放大處理，以保證后續的信息傳輸。傳統的處理方法是通過摻鉺光纖放大器對信號進行放大。但是摻鉺光纖放大器的增益頻譜并不平坦，需要采用特殊技術來補償增益頻譜。并且，摻鉺光纖放大器只能對1550nm左右的光波進行放大，波長調節范圍有限。并且摻鉺光纖放大器屬于分立器件，器件尺寸較長，功耗較大，不能夠與其他器件進行集成。此外，在光纖通信系統中，經常使用光纖作為物理介質來進行信息傳輸。隨著傳輸速率的提升，由于光纖中熱應力、機械應力以及纖芯的不規則性等因素引起的偏振損害會隨著傳輸距離增大而累積，會極大限制通信系統的傳輸帶寬，需要使用保偏光纖和偏振控制器來對光纖傳輸的偏振態加以控制。但是在長距離通信中，需要很長的保偏光纖和多個偏振控制器件，由于大量用到了光纖，使得系統的尺寸較大，同樣不利于集成，這無疑增大了通信系統的復雜性和成本。事實上，介質中的非線性光學效應也可以對傳輸模式偏振態進行控制，同時實現光放大功能。

鈮酸鋰是一種雙折射晶體，o光和e光的折射率可以通過Sellmeier方程表示。準相位匹配方式可以根據二階非線性相互作用光波的偏振態分為type-0型(e+e→e)和type-I型(o+o→e)。鈮酸鋰的二階非線性效應包括倍頻效應、和頻效應和差頻效應等。倍頻/和頻效應通過生成倍頻/和頻光，實現對信號光的消耗。差頻效應通過將泵浦光能量轉移至信號光從而實現放大。利用這幾種效應，通過不同偏振下的準相位匹配方式，可以實現對某一偏振信號的差頻放大和另一偏振信號的倍頻/和頻衰減。此外鈮酸鋰晶體可以與其他結構進行集成，減小器件尺寸。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是：克服傳統摻鉺光纖放大器結構復雜、放大波長單一的缺點，以及需要在光通信鏈路中，保證單一偏振放大的信號光為目的。從集成光學角度出發，提供一種實現高偏振隔離光放大的新方法，來簡化器件結構，便于操作和降低成本。

基于上述的思路，本發明利用周期性極化型鈮酸鋰晶體中的二階非線性效應，提出了一種具有偏振隔離的光參量放大器。選取合適的極化周期對鈮酸鋰晶體進行極化，使其可以同時滿足倍頻與差頻效應，進而實現對不同偏振態信號光的消耗和放大。并通過對泵浦光波長和功率的控制來實現不同波長信號光的放大以及偏振隔離度的調諧，從而克服了現有光放大器放大波長單一，器件尺寸大和不利于單片集成的缺點。

本發明提供了一種高偏振隔離的光參量放大器的實現方式，其原理如圖1所示，具體如下：在周期性極化型鈮酸鋰晶體中輸入一波長為λ_s的混合偏振信號光，并且o光和e光兩種偏振分量幅值相同，對應偏振態下的信號光波長分別記為λ_s,o和λ_s,e。由于鈮酸鋰的非線性效應在不同偏振態下利用的二階非線性光學系數不同，所以這里選擇常用的x切和z切鈮酸鋰晶體分別進行說明。