大器(4)、光隔离器(5)和高非线性光纤(6)，其中: 主激光器(I)与从激光器(2)集成于同一个功能模块上，主激光器(I)用于为从激光器(2)提供可调谐的注入光信号； 可调谐滤波器(3)，用于对自主激光器(I)及从激光器(2)输入的光信号进行可调谐过滤，并输出至光纤放大器⑷； 光纤放大器(4)，用于放大光信号，达到高非线性光纤(6)工作需要的功率，并输出至光隔离器(5); 光隔离器(5)，用于保证光纤放大器(4)输出的光的单向输出至高非线性光纤(6); 高非线性光纤(6)，用于提供非线性介质，扩展级联四波混频，获得等频率间隔的，功率均匀分布的光频梳。
2.根据权利要求1所述的基于单片集成微腔激光器的可调谐光频梳产生系统，其特征在于，所述主激光器(I)和所述从激光器(2)构成集成微腔激光器，所述主激光器(I)和所述从激光器(2)均为电注入回音壁模式的半导体微腔激光器。
3.根据权利要求2所述的基于单片集成微腔激光器的可调谐光频梳产生系统，其特征在于，在所述集成微腔激光器中，固定从激光器(2)电流大小，调节主激光器⑴电流的大小，使主激光器⑴的谐振波长靠近从激光器⑵的谐振波长，当二者波长差很小时，在集成微腔激光器的腔内发生四波混频效应，从激光器(2)输出的模式作为频梳产生的种子源。
4.根据权利要求2所述的基于单片集成微腔激光器的可调谐光频梳产生系统，其特征在于，所述集成微腔激光器的输出经过可调谐滤波器(3)滤掉不需要的模式，然后经过高功率的光纤放大器(4)放大到足够的功率再经过光隔离器(5)和高非线性光纤(6)产生频梳，其中高非线性光纤(6)具有较高的非线性系数和很小的群速度色散，注入功率足够大时，光纤内导光介质的材料折射率随光功率变化，从而在光纤内部发生包括四波混频在内的次级效应。
5.根据权利要求2所述的基于单片集成微腔激光器的可调谐光频梳产生系统，其特征在于，所述集成微腔激光器的腔体形状包括圆盘、圆环、三角形、正方形或多边形；该集成微腔激光器的尺寸在I到50微米之间；该集成微腔激光器的激射模式是单模、双模或多模；主激光器和从激光器的激射波长均能够通过其注入电流的大小而调节，主激光器为从激光器提高可调谐的注入信号；主激光器和从激光器的集成方法采用同种材料的波导直接耦合或侧向耦合。
6.根据权利要求5所述的基于单片集成微腔激光器的可调谐光频梳产生系统，其特征在于，所述集成微腔激光器中主激光器(I)和从激光器(2)分别是一个圆盘微腔激光器，这两个圆盘微腔激光器通过波导直接耦合，这两个圆盘微腔激光器和波导均包含上限制层(201)、有源层(202)和下限制层(203)，每个圆盘微腔激光器的下限制层均形成在衬底上，其中: 作为主激光器(I)和从激光器(2)的这两个圆盘微腔激光器的有源区是量子阱、量子线、量子点或量子级联结构； 主激光器(I)和从激光器(2)的尺寸为激射波长的几倍到上千倍，其材料是各种IV族半导体材料和其化合物，以及II1-V、I1-VI, IV-V族化合物材料，或者是有机半导体材料。
7.根据权利要求6所述的基于单片集成微腔激光器的可调谐光频梳产生系统，其特征在于，所述主激光器通过波导向从激光器实现光注入，从激光器的输出光通过单模光纤的親合输出。
8.根据权利要求1所述的基于单片集成微腔激光器的可调谐光频梳产生系统，其特征在于，在所述可调谐滤波器(3)之前还设置一个光放大器，该光放大器对从激光器(2)输出光的功率进行预放，再经过光纤耦合进可调谐滤波器(3)和光纤放大器(4)，然后经过非线性光纤展宽获得频梳。
9.根据权利要求8所述的基于单片集成微腔激光器的可调谐光频梳产生系统，其特征在于，所述光放大器单独设置，或者与主激光器(I)及从激光器(2)集成于同一个功能模块上。
10.根据权利要求1所述的基于单片集成微腔激光器的可调谐光频梳产生系统，其特征在于，所述光纤放大器(4)对可调谐滤波器(3)滤波后的光信号进行功率放大，得到宽谱的光频梳。
11.根据权利要求1所述的基于单片集成微腔激光器的可调谐光频梳产生系统，其特征在于，所述高非线性光纤(6)具备高的非线性系数和低的群速度色散，主从激光器输出的光信号能在光纤中发生级联的四波混频效应，从而产生低噪声的超连续谱。
12.根据权利要求11所述的基于单片集成微腔激光器的可调谐光频梳产生系统，其特征在于，该可调谐光频梳产生系统还在高非线性光纤(6)后再设置多个光放大器和高非线性光纤，以实现多次非线性放大展宽。
13.根据权利要求1所述的基于单片集成微腔激光器的可调谐光频梳产生系统，其特征在于，该可调谐光频梳产生系统还包括监测设备来接收和监测产生频梳的特性，该监测设备包括光分束器(7)、光谱仪(8)、光电探测器(9)和频谱仪(10)，其中: 所述高非线性光纤(6)输出的光被光分束器(7)分成两路，其中一路光信号被输出至光谱仪(8)以供用户观测，另外一路光信号被光电探测器(9)收集到频谱仪(10)来观测微波谱，进而确定频率的间隔及其稳定度。
14.根据权利要求1所述的基于单片集成微腔激光器的可调谐光频梳产生系统，其特征在于，该可调谐光频梳产生系统的具体工作过程及测量过程如下: 步骤一、由主激光器(I)、从激光器(2)产生单模或双模输出； 步骤二、从激光器为双模微腔激光器时，固定从激光器(2)的注入电流大小，改变主激光器(I)的注入电流大小使注入光波长靠近从激光器的激射波长，不断调节主激光器的电流使注入光与从激光器一个模式的频率间隔能够被从激光器的模式间隔整数可约； 步骤三、微腔激光器的输出作为产生频梳的种子源，经过可调谐滤波器(3)滤掉步骤二中不满足条件的波长，再经过光纤放大器(4)放大到足够的功率再经过光隔离器(5)和高非线性光纤(6)产生频梳； 步骤四、高非线性光纤(6)输出的光经过分束器(7)把光信号分成两路，其中一路用于光信号的输出，到光谱仪⑶观测，另一路用于光电探测器收集9到频谱仪(10)观测微波谱，确定频率间隔及其稳定度。
【专利摘要】本发明公开了一种基于单片集成微腔激光器的可调谐光频梳产生系统，包括：主激光器与从激光器集成于同一个功能模块上，主激光器用于为从激光器提供可调谐的注入光信号；可调谐滤波器用于对自主激光器及从激光器输入的光信号进行可调谐过滤；光纤放大器用于放大光信号，达到高非线性光纤工作需要的功率；光隔离器用于保证光纤放大器输出的光的单向输出至高非线性光纤；高非线性光纤用于提供非线性介质，扩展级联四波混频，获得等频率间隔的，功率均匀分布的光频梳。本发明利用高非线性光纤的扩谱效应产生模式间隔均匀的光频梳，通过改变注入波长的相对位置，实现频梳间隔的连续可调谐，频梳间隔覆盖了特高频厘米波3-30GHz和极高频毫米波30-300GHz波段。
【IPC分类】H01S5-06, G02F1-365, G02F1-35
【公开号】CN104765218
【申请号】CN201510169696
【发明人】翁海中, 黄永箴, 邹灵秀, 马秀雯, 肖金龙, 杨跃德, 肖志雄
【申请人】中国科学院半导体研究所
【公开日】2015年7月8日
【申请日】2015年4月10日