一種新型波長轉換裝置制造方法及圖紙

本實用新型專利技術公開了一種新型波長轉換裝置，包括連續光單頻泵浦激光器、超短脈沖激光器、線性光子晶體多波長轉換系統，所述線性光子晶體多波長轉換系統包括由在線性光子晶體上依次排列的前側線性光子晶體波導、前側線性光子晶體反射腔鏡、線性光子晶體諧振微腔、后側線性光子晶體反射腔鏡、后側線性光子晶體波導組成；所述前側線性光子晶體反射腔鏡的中央設有第一點缺陷；所述后側線性光子晶體反射腔鏡的中央設有第二點缺陷。本實用新型專利技術不受非線性光學材料、位相匹配條件及泵浦光功率強度的限制，可以在任意泵浦光功率下實現多波長轉換，并且轉換的目標波長可以通過對光子晶體諧振微腔及反射腔鏡點缺陷的精細設計來自由操控。（*該技術在2022年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】

本技術涉及波長轉換技術，特別涉及一種新型全光多波長轉換裝置。
技術介紹
波長轉換技術是獲取新光源的重要手段，在光纖通信、單光子探測、高容量光學數據存儲、生物醫療診斷等領域具有極為廣泛的應用前景。自從激光問世以來，波長轉換技術就一直是光學界研究的熱點之一，受到各國政府、科學家以及企業界的高度重視。波長轉換技術可分為光電光型波長技術和全光波長轉換技術。前者是先對光信號進行探測并轉換為電信號，再利用電信號去重新調制新的波長的激光器，從而實現信號的波長變換。但該技術由于引入了光-電-光過程，裝置結構復雜，靈活性差，成本高，功耗大，而且經過光一電一光的轉換，原先光信號的相位、幅度等信息會丟失，無法實現光信號的完·全透明傳輸，速率受限于電子瓶頸(40Gb/s)。而全光波長轉換技術可將輸入波長信號在光域內直接轉換到某一新的波長上，而無需經過信號在光/電域的轉換，響應速度快，結構緊湊，因而全光波長轉換是當前波長轉換技術的發展趨勢。當前，絕大多數全光波長轉換都是基于非線性光學材料，并借助非線性光學技術(如和頻、差頻、Raman頻移、二次諧波、四波混頻效應)來實現的。由于大部分光學材料的非線性系數都比較低，故為了產生可觀的非線性效應，往往需要非常高的泵浦光功率密度，這使得非線性光學材料由體介質向光纖，并逐漸向微納尺度方向發展。隨著上世紀末光子晶體和光子晶體光纖概念的相繼提出，由于其優異的性能而備受重視。2003年，日本的T. Ishihara等人在由中心對稱材料構成的光子晶體中觀察到了二次諧波產生(SHG)，當泵浦強度達到lMW/cm2時，SHG效率為10_14。此后，國內的石建平等人在Si材料構成的非線性光子晶體波動結構中實現SHG，在完全相位匹配條件下，當泵浦強度為130MW/cm2時，SHG效率達到O. 2%。2007年，王秋國等人實驗研究了基于色散平坦非線性光子晶體光纖中四波混頻效應的波長轉換，得到了 28nm的波長轉換帶寬。2010年，英國的B. Beaudou等人在空心非線性光子晶體光纖中充入氫氣，在低功率1064nm激光器的泵浦下觀察到了 Raman頻移。此外，日本的H. Fukuda等人從實驗證實了利用四波混頻過程可以在硅線波導中實現高速全光波長變換。但是，隨著泵浦光功率的增加，硅線波導自由載流子吸收效應逐漸趨于明顯，光功率密度會出現飽和的現象，從而影響到轉換效率的進一步提聞。從上述報道來看，這些基于非線性光學材料的全光波長轉換技術，盡管已取得很大進展，但仍面臨著一些基本的困難啓需解決。例如，實現波長轉換需要特定的入射光頻率、足夠高的泵浦光功率密度、嚴格的位相匹配條件等，而且，目前能用于波長轉換的非線性光學材料還比較有限，這使得全光波長轉換的波段及其應用范圍受到限制。
技術實現思路
為了克服現有技術的上述缺點與不足，本技術的目的在于提供一種基于線性光子晶體的全光多波長轉換裝置，不需借助非線性光學效應，故不受非線性光學材料、位相匹配條件及泵浦光功率的限制。本技術的目的通過以下技術方案實現一種新型波長轉換裝置，包括連續光單頻泵浦激光器、超短脈沖激光器、線性光子晶體多波長轉換系統，所述線性光子晶體多波長轉換系統包括由在線性光子晶體上依次排列的前側線性光子晶體波導、前側線性光子晶體反射腔鏡、線性光子晶體諧振微腔、后側線性光子晶體反射腔鏡、后側線性光子晶體波導組成；所述前側線性光子晶體反射腔鏡的中央設有第一點缺陷；所述后側線性光子晶體反射腔鏡的中央設有第二點缺陷；所述前側線性光子晶體波導用于輸入連續光單頻泵浦激光器輸出的泵浦光；所述后側線性光子晶體波導用于輸入超短脈沖激光器輸出的超短脈沖激光，并用于輸出線性光子晶體諧振微腔中的諧振模； 所述第一點缺陷的缺陷模的波長與連續光單頻泵浦激光器輸出的泵浦光的波長相等；所述第二點缺陷的缺陷模的波長與線性光子晶體諧振微腔所需輸出的諧振模波長相坐寸O所述線性光子晶體諧振微腔為多模諧振腔。所述線性光子晶體諧振微腔為正方形諧振腔。所述線性光子晶體諧振微腔的中心與第一點缺陷中心的距離為5a，所述線性光子晶體諧振微腔的中心與第二點缺陷中心的距離為5a ;其中a為線性光子晶體的晶格常數。所述連續光單頻泵浦激光器的工作波長位于線性光子晶體帶隙范圍內。本技術的原理如下當超短激光脈沖從后側線性光子晶體波導射入后，由于超短脈沖具有較寬的頻譜(其譜寬與脈沖時域寬度成反比)，可將后側線性光子晶體反射腔鏡中心的點缺陷的缺陷模激勵出來，而這些缺陷模波長又被設計成與線性光子晶體諧振微腔中的某些諧振模波長相同，故這些缺陷模可高效地耦合入線性光子晶體諧振微腔中。此時，再用頻率位于線性光子晶體帶隙范圍內的單頻連續激光對線性光子晶體諧振微腔進行泵浦，從而使泵浦光能量源源不斷地轉移到多業已激勵起來的諧振模式中。此外，前側線性光子晶體反射腔鏡中央引入點缺陷，使其缺陷模波長與泵浦光波長相等，但又不同于腔模諧振波長，故對泵浦光高透，而對激勵出的具有諧振模波長的光高反，從而保證這些激勵出來的諧振模高效地反射回線性光子晶體諧振微腔的后側(即輸出側)，并經由后側線性光子晶體反射腔鏡中心的點缺陷高效地耦合輸出(因為該點缺陷的缺陷模波長與這些激勵出來的諧振模波長完全一致)，而泵浦連續光卻被后側線性光子晶體反射腔鏡高效地反射回線性光子晶體諧振微腔，并繼續將能量轉移至微腔中業已激勵起來的諧振模式中，從而進一步提高多波長轉換效率，實現高效的多波長選頻輸出。與現有技術相比，本技術具有以下優點和有益效果(I)本技術不需要借助非線性光學效應和技術，故不受非線性光學材料、位相匹配條件及泵浦光功率強度的限制，可以在任意泵浦光功率下實現波長轉換。(2)本技術多波長轉換的目標波長(即線性光子晶體諧振微腔內各腔模的諧振波長)可以通過對線性光子晶體諧振微腔及反射腔鏡點缺陷的精細設計來自由操控，因而比傳統的基于非線性光學材料的波長轉換技術具有更高的靈活性和自由度。(3)本技術利用微腔前側腔鏡中央點缺陷的禁帶反射效應，以及多模諧振腔與微腔后側腔鏡中央點缺陷間的耦合效應，能夠實現高效的多波長選頻輸出。(4)本技術基于線性光子晶體的全光多波長轉換裝置，其尺寸為微米量級，結構簡單緊湊，并且可以使用硅等半導體材料制作，易于與其他光子器件集成，在未來全光微系統設計中(例如光子計算機，光子芯片等)將有重要的應用價值。(5)本技術不僅可實現全光多波長轉換，也可用于激光穩頻。附圖說明圖I為實施例I的波長轉換裝置的示意 圖。圖2為實施例I的波長轉換系統的示意圖。圖3為實施例2的波長轉換系統的示意圖。具體實施方式下面結合實施例及附圖，對本技術作進一步地詳細說明，但本技術的實施方式不限于此。實施例I如圖I所示，本實施例的波長轉換裝置，包括連續光單頻泵浦激光器(CWLD) I、超短脈沖激光器(Pulsed LD)2、線性光子晶體多波長轉換系統(PCMWCS)3，連續光單頻泵浦激光器I與線性光子晶體多波長轉換系統3之間沿光路方向依次設有50X顯微物鏡4、50X顯微物鏡5 ;線性光子晶體多波長轉換系統3與超短脈沖激光器2之間沿光路方向依次設有50 X顯微物鏡6、半透半反鏡8、50 X顯微物鏡7。連續光單頻泵浦激光器I的工作波本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種新型波長轉換裝置，其特征在于，包括連續光單頻泵浦激光器、超短脈沖激光器、線性光子晶體多波長轉換系統，所述線性光子晶體多波長轉換系統包括由在線性光子晶體上依次排列的前側線性光子晶體波導、前側線性光子晶體反射腔鏡、線性光子晶體諧振微腔、后側線性光子晶體反射腔鏡、后側線性光子晶體波導組成；所述前側線性光子晶體反射腔鏡的中央設有第一點缺陷；所述后側線性光子晶體反射腔鏡的中央設有第二點缺陷；所述第一點缺陷的缺陷模的波長與連續光單頻泵浦激光器輸出的泵浦光的波長相等；所述第二點缺陷的缺陷模的波長與線性光子晶體諧振微腔所需輸出的諧振模波長相等。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：李潮，吳俊芳，
申請(專利權)人：華南理工大學，
類型：實用新型
國別省市：