，分别位于所述微环的两侧，与所述微环 耦合。在单根波导侧向耦合的结构中，谐振情况下，输入波导的直通端口透射率最低；而在 双根波导结构中，谐振情况下，输入波导的直通端口透射率最大。可以根据实际需求，选用 所需结构。
[0034] 在本发明实施例中，对于微环的形状，可选择为圆环形、跑道型、多边形。圆环形结 构为最基础的谐振腔结构，跑道型结构中谐振腔与输入波导的耦合区长度增加，能够提高 耦合系数，而多边形结构中光沿直线传播，不存在曲率损耗。可以根据实际需求与工艺水平 选择所需结构进行设计。
[0035] 对于所述的微环结构改变的周期数，可选择为1~6。在谐振腔总长度一定的情况 下，周期数越多，每周期的波导长度越短，色散对四波混频效应的影响越小，整个谐振腔中， 正负色散的共同作用效果越接近于零色散。
[0036] 对于直波导与微环，其材料可选择为二氧化硅、氮化硅、氟化镁、氟化钙。这些材料 的非线性系数较高，能够产生较强的四波混频效应，且其中的双光子系数、自由载流子吸收 较低，有利于光频梳的产生。
[0037] 在本发明实施例中，微环横截面的宽度为0. 2微米-4微米，高度为0. 2微米-2微 米，定义锥形耦合器长度为锥形耦合器内边缘长度，其值Lt的取值范围为10微米-50微米。 截面尺寸的选择与选用的材料有关，在此范围内，波导横截面积适中，有利于增强波导的非 线性效应，且能够满足现有的工艺要求，便于制作。而横截面积过大，波导的非线性降低，不 利于光频梳产生；横截面过小，又会增加器件制作难度，提高对实际工艺的要求。
[0038] 在本发明实施例中，为了让直波导和微环更好的耦合，在其耦合区的间隔为0.05 微米-0.5微米。耦合间距的改变，能够有效调节光从直波导耦合进微环的能量大小。现有 的加工工艺实现不了过小的耦合间距，而耦合间距过大，又会导致耦合进微环的能量过小。 选择合理有效的耦合间隔，既能满足现有加工工艺，又能保证足够的能量耦合进微环。直波 导的横截面尺寸和親合区微环的横截面大小一样。
[0039] 对于微环的半径，其大小取值如下：
，R为微环的半径，C为光速，n为 波导的有效折射率，FSR为光频梳的梳齿间隔。
[0040] 在本发明实施例中，当谐振腔为多边形时，定义为谐振腔波导内边缘的长度为谐 振腔的总长度，其大小可以根据需求进行设计，由以下公式确定：
_，u为谐振腔 长度，C为光速，n为波导的有效折射率，FSR为光频梳的梳齿间隔。
[0041] 设宽度为W1的谐振腔长度为L1，宽度为W2的谐振腔长度为L2,则L1 = kX (LQ-2*Lt)，L2 = (1-k) X (LQ-2*Lt);其中 k 为比例系数，k 的取值范围为 0? 2 ~0? 8, L。 为环形谐振腔的长度，Lt为锥形耦合器长度。
[0042] 本发明创新地提出了一种光学微环谐振腔波导器件，其特点在于当光耦合进微环 波导结构并在其中传输时，微环的横截面宽度周期性改变，控制微环谐振腔的色散在正色 散、负色散之间周期性变化，使得色散对注入光的影响相互抵消，减小色散这一参数对光频 梳广生的影响，从而提尚光频梳的功率平坦性。
[0043] 如图2所示，泵浦光源通过直波导2侧向耦合进环形谐振腔1中。当光耦合进入环 形谐振腔1中，由于微环的谐振效应，在较低的泵浦光功率下，环形谐振腔中的克尔效应得 到增强，并通过级联四波混频效应将泵浦光的能量不断从泵浦波长向新的频率分量转移， 产生新的频率梳齿。通过周期性改变波导横截面的宽度，使得波导结构的色散正负交替变 化，从而使得色散对光频梳产生的影响相互抵消，提高产生的光频梳的平坦性。不同宽度部 分采用锥形耦合器连接，以减小光传输过程中的损耗。
[0044] 图8、9为现有微环谐振腔结构与本发明提出的谐振腔结构产生的光频梳仿真结 果图。可以看出，以泵浦波长为基准，图8中光频梳的10dB带宽为29. 606THz，15dB带宽为 43. 166THz ;图9中光频梳的10dB带宽为48. 364THz，15dB带宽为68. 93THz。通过比较可 以看出，本发明提出的微环谐振腔结构，通过改变波导横截面宽度，对谐振腔的色散进行调 控，波导结构的色散在正值与负值之前交替变化，使得色散对四波混频效应的影响相互抵 消，增大了 10dB、15dB带宽，提高了光频梳的功率平坦性。
[0045] 环形谐振腔的微环的形状除了上面的圆环状，还可以为多边形、跑道形、椭圆形。 直波导与微环的耦合方式除了侧向耦合（如图4所示），还可以是垂直耦合（如图5所示）。 整体结构不仅可以是图4、5所示的直通型，还可以是如图6所示的上传下载型。各自特点 已经在前文中阐明，可以根据实际需求与工艺水平进行选择。
[0046] 本发明器件尺寸一般为：微环横截面的宽度为0. 2-4微米，高度为0. 2-2微米， 所述锥形耦合器长度为10-50微米，在其耦合区的间隔为0. 05-0. 5微米。直波导的横截 面尺寸和耦合区微环的横截面大小一样。关于各尺寸的大小，前文中已经阐明，既考虑 器件性能，又考虑了实际工艺。根据所要求的梳齿间隔，可以灵活设计所述微环的半径
_式中，R为微环的半径，c为光速，n为波导的有效折射率，FSR为光频梳的 梳齿间隔。当谐振腔为多边形时，可以灵活设计所述谐振腔的长度
，U为谐振 腔长度，c为光速，n为波导的有效折射率，FSR为光频梳的梳齿间隔。
[0047] 最后所应说明的是，以上【具体实施方式】仅用以说明本发明的技术方案而非限制， 尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明 的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖 在本发明的权利要求范围当中。
【主权项】
1. 一种用于产生光频梳的微环波导光器件，其特征在于，包括相互禪合的直波导（42) 和环形谐振腔（41); 所述环形谐振腔（41)包括n个具有第一截面宽度化的第一部分，n个具有第二截面 宽度W2的第二部分，W及用于连接所述第一部分和所述第二部分的锥形禪合器；n个第一 部分与n个第二部分相互交替禪合形成所述环形谐振腔； 所述第一截面宽度化和所述第二截面宽度W2不相等；所述n为周期数，取值为1-6。2. 如权利要求1所述的微环波导光器件，其特征在于，所述第一截面宽度化或所述第 二截面宽度W2为0. 2微米~4微米。3. 如权利要求1所述的微环波导光器件，其特征在于，所述第一部分的长度为L1 = kX江。-2礼t)，第二部分的长度为L2 = (1-k)X江。-2礼t)，其中k为比例系数，k的取值范 围为0. 2~0. 8,L。为环形谐振腔的长度，Lt为锥形禪合器长度。4. 如权利要求1-3任一项所述的微环波导光器件，其特征在于，所述锥形禪合器的长 度为10微米~50微米。5. 如权利要求1所述的微环波导光器件，其特征在于，所述直波导（42)与所述环形谐 振腔（41)侧向禪合。6. 如权利要求1所述的微环波导光器件，其特征在于，所述直波导（42)与所述环形谐 振腔（41)垂直禪合。7. 如权利要求1所述的微环波导光器件，其特征在于，所述直波导（42)为两根，分别位 于所述环形谐振腔（41)的两侧。8. 如权利要求5-7任一项所述的微环波导光器件，其特征在于，所述直波导（42)与所 述环形谐振腔（41)的禪合间隔为0. 05微米-0. 5微米。9. 如权利要求1所述的微环波导光器件，其特征在于，所述环形谐振腔（41)的形状为 圆环形、跑道型或多边形。10. 如权利要求9所述的微环波导光器件，其特征在于，所述环形谐振腔（41)的长度 为^0 ，L。为谐振腔长度，C为光速，n为波导的有效折射率，FSR为光频梳的梳齿间 隔。
【专利摘要】本发明公开了一种用于产生光频梳的微环波导光器件，包括相互耦合的直波导和环形谐振腔；环形谐振腔包括n个具有第一截面宽度W1的第一部分，n个具有第二截面宽度W2的第二部分，以及用于连接所述第一部分和所述第二部分的锥形耦合器；n个第一部分与n个第二部分相互交替耦合形成所述环形谐振腔。本发明通过改变波导截面尺寸，能够调控一定波长范围内的色散在正值与负值之前交替变化，使得色散对四波混频效应的影响相互抵消，趋近于零，从而使得色散对光频梳产生的影响相互抵消；减小了色散对光频梳产生的影响，提高光频梳的功率平坦性，能够获得功率较平坦的光频梳。
【IPC分类】G02F1/35
【公开号】CN104932171
【申请号】CN201510350834
【发明人】张敏明, 周飞亚, 卢鲁璐子, 李梅凤, 刘德明
【申请人】华中科技大学
【公开日】2015年9月23日
【申请日】2015年6月23日