基于微腔孤子实现的多波长光源的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及到光通信和非线性光学技术领域，特别涉及片上波分复用光互连技术，尤其是一种基于微腔孤子实现的多波长光源。
【背景技术】
[0002]密集波分复用是光通信中的关键技术，多波长光源在光通信领域有着十分重要的作用，因而获得功率平坦、高信噪比、频率间隔相等的多波长光源具有很重要的意义。
[0003]通常获得功率平坦、高信噪比、频率间隔相等的多波长光源的方法为将多个半导体激光器集成以形成激光器阵列，但是这种方法需要严格控制每一个激光器单元的输出波长，以确保整个激光器阵列输出的是波长间隔相等、波长位置固定的多路光信号，实现方式比较复杂，导致多波长光源系统的功耗、成本增加。因此迫切需要一种能够同时输出波长间隔相等、波长位置固定的多路光信号的集成多波长光源。
[0004]微腔光频梳能够输出波长间隔相等、波长位置固定的多路光信号，但是传统的单一谐振腔微腔光频梳输出的梳状光谱，其各路波长光功率相差较大，而且栗浦光转换效率较低。
[0005]因此本发明提出一种将传统单一微腔同光反馈环路相结合构成复合腔的新技术方案，以改善传统微腔光频梳输出光谱的平坦性和栗浦光转换效率，达到输出光谱平坦、波长间隔相等、栗浦转换效率较高的多波长光源。
[0006]本发明主体部分为氮化硅微环谐振腔，通过使用一台连续波激光器和一台飞秒脉冲激光器，通过比较简单的方法，可以实现多路稳定的、功率差小，频率间隔相等的多波长光源。
【发明内容】
[0007](一 )要解决的技术问题
[0008]有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种基于微腔孤子实现的多波长光源，以提供包含十几路到几十路功率差很小、相干性好、频率间隔为几十到几百GHz的多波长光源。
[0009]( 二)技术方案
[0010]为达到上述目的，本发明提供了一种基于微腔孤子实现的多波长光源，包括:
[0011]入射光源10，包括连续波激光器11和飞秒脉冲激光器12，其中连续波激光器11输出单波长连续波，飞秒脉冲激光器12输出单个飞秒脉冲；
[0012]输入光控制模块20，包括依次连接的第一合束器21、偏振控制器22和光放大器23，用于混合入射光源10输出的单波长连续波和单个飞秒脉冲，控制其偏振态并调节最终输出的光功率；
[0013]第二合束器30，用于将输入光控制模块20输出的光和经反馈系统60反馈的光汇合到一起；
[0014]微环谐振腔40，由一直波导41和一环形波导42构成，用于产生稳定的微腔孤子；其中直波导41两端为倒锥形波导耦合结构，直波导41与环形波导42之间的间距在400nm到Iym之间，环形波导42微环的直径在40 μ m到4mm之间；
[0015]波分复用器50，用于将微环谐振腔输出的光分为两部分，栗浦频率处的光进入反馈系统60中，其他频率的光进入滤波器70中并实现最终输出；
[0016]反馈系统60，用于滤波得到某一频率的光，通过调节其相位，最终进入第二合束器30中与入射光汇合；
[0017]滤波器70，用于对波分复用器50输入的光进行滤波，并输出多波长光；
[0018]控制模块80，用于控制连续波激光器11的输出功率，并控制反馈系统60中光开关61的状态。
[0019]上述方案中，所述连续波激光器11作为栗浦光，为该多波长光源提供能量。所述飞秒脉冲激光器12是在初始时刻输出一个飞秒脉冲，脉冲宽度在10fs到Ips之间，以向连续波激光器11的输出光施加一个微小的扰动，改变微环谐振腔工作的状态。
[0020]上述方案中，所述光放大器23是掺铒光纤放大器或半导体光放大器。
[0021]上述方案中，在初始时刻，所述反馈系统60断开，只有一路光进入所述第二合束器30的输入端。
[0022]上述方案中，所述直波导41和所述环形波导42均是条形结构、脊形结构或slot结构。
[0023]上述方案中，所述直波导41和所述环形波导42的横截面尺寸为高度大于600纳米，宽度介于I微米到2微米，且保证最少有一个光传播模式。
[0024]上述方案中，所述直波导41和所述环形波导42采用的波导均包括硅衬底层410，以及硅衬底层410上热氧化形成的二氧化硅层411、波导芯层氮化硅413和覆盖层412。所述覆盖层是二氧化硅或者空气。
[0025]上述方案中，所述反馈系统60包括依次连接的光开关61、带通滤波器62和移相器63，反馈系统60的输入端与波分复用器50的一个输出端相连接，反馈系统60的输出端与第二合束器30的一个输入端口相连接。
[0026](三)有益效果
[0027]从上述技术方案可以看出，本发明具有以下有益效果:
[0028]1、本发明提供的基于微腔孤子实现的多波长光源，脉冲激光器12只在初始时刻输出一个脉冲，光开关61在初始时刻保持关闭状态，微环谐振腔内的光场达到稳定后，控制模块80控制连续波激光器11的输出功率值降低，同时控制光开关61打开，反馈系统进入工作状态，总的效果是进入第二合束器30的总光强保持不变，微环谐振腔的工作状态也保持稳定。最终，滤波器70的输出端输出相干性好，功率差小，频率间隔相等的多波长光信号。
[0029]2、本发明提供的基于微腔孤子实现的多波长光源，通过一台连续波激光器和一台飞秒脉冲激光器，经微环谐振腔和反馈系统，提供一种包含十几路到几十路功率差很小、相干性好、频率间隔为几十到几百GHz的基于微腔孤子实现的多波长光源。
【附图说明】
[0030]为进一步说明本发明的内容及特点，以下结合附图及实施例对本发明作详细描述，其中:
[0031]图1为本发明提供的基于微腔孤子实现的多波长光源的结构示意图。
[0032]图2为本发明提供的多波长光源中微环谐振腔采用的波导的截面示意图。
[0033]图3为本发明提供的多波长光源中孤子频域模拟结果的示意图。
[0034]图4为本发明提供的输出的多波长光源模拟结果示意图。
【具体实施方式】
[0035]为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
[0036]请参阅图1所示，本发明提供了一种基于微腔孤子实现的多波长光源，该多波长光源包括入射光源10、输入光控制模块20、第二合束器30、微环谐振腔40、波分复用器50、反馈系统60、滤波器70和控制模块80，其中，入射光源10、输入光控制模块20、第二合束器30、微环谐振腔40、波分复用器50和滤波器70依次连接，反馈系统60的输入端连接于波分复用器50的输出端，反馈系统60的输出端连接于第二合束器30的输入端；控制模块80同时连接于入射光源10和反馈系统60。
[0037]入射光源10包括一连续波激光器11和一飞秒脉冲激光器12，其中连续波激光器11输出单波长连续波，飞秒脉冲激光器12输出单个飞秒脉冲；连续波激光器11作为栗浦光，为该耗散系统提供能量，飞秒脉冲激光器12只需要在初始时刻输出一个飞秒脉冲，脉冲宽度在10fs到Ips之间，作用是向连续波激光器11的输出光施加一个微小的扰动，改变微环谐振腔工作的状态。
[0038]输入光控制模块20，用于将入射光源10的两束激光混合在一起，控制其偏振态并调节最终输出的光功率；输入光控制模块20包括依次连接的一第一合束器21、一偏振控制器22和一光放大器23，其中光放大器23是掺铒光纤放大器或半导体光放大器；要使微环谐振腔中能够发生非线性效应，需要足够高的光强，因此本发明中光放大器23的输出功率能够达到1mW到1W。
[0039]第二合束器30，用于将输入光控制模块20输出的光和经反馈系统60反馈的光汇合到一起；初始时刻，反馈系统60断开，只有一路光进入第二合束器30的输入端。
[0040]微环谐振腔40，用于产生稳定的微腔孤子；可调谐微环谐振腔结构由一直波导41和一环形波导42构成，其中直波导41两端为倒锥形波导耦合结构；直波导41和环形波导42是条形结构、脊形结构或slot结构；直波导41和环形波导42之间的间距在400nm到I μ m之间，微环的直径在40 μ m到4mm之间；直波导41和环形波导42的横截面尺寸为高度大于600纳米，宽度介于I微米到2微米，且保证最少有一个光传播模式；这里的微环谐