基于微环谐振器的非线性效应与光频梳产生研究

作     者：喻杭 

作者单位：东南大学 

学位级别：硕士

导师姓名：胡国华;林曈

授予年度：2022年

学科分类：070207[理学-光学] 07[理学] 08[工学] 0803[工学-光学工程] 0702[理学-物理学] 

主      题：微环谐振器 光学频率梳 克尔非线性效应 氮化硅 可重构 

摘      要：光学频率梳因其等频率间距的梳状谱线特征,已实现了对光学频率的精准测量。早期光频梳由锁模激光器产生,其重复频率受到腔长的限制很难超过10 GHz。且整个系统体积庞大,造价昂贵,不便于工业使用。近期,基于微谐振腔中克尔非线性效应产生的克尔光频梳,因具有高重复频率(GHz-THz量级)、低功耗(数百m W)、高相干、小体积以及可集成等优势,在距离测量、原子钟、光子雷达、波分复用等系统中展现了巨大的潜力。本文基于氮化硅微环谐振器,开展了片上光频梳的理论和实验研究。论文的主要工作内容和创新点如下:1.设计并制备了具有不同自由光谱范围(～100 GHz-～300 GHz)的微环谐振器。使用有限差分本征模式(FDE)求解器仿真了不同结构以及尺寸波导的色散曲线。实现了高品质因子(Quality Factor,Q)微环谐振器的结构、尺寸和反常色散设计。测试结果表明,制备的微环谐振器的Q值可达2.5×10～6,利于光频梳的激发。2.基于制备的微环谐振器并求解Lugiato-Lefever(LLE)方程研究了光频梳的产生,通过热调法实现了不同梳齿间距的光频梳。实验上成功实现了谱宽大于200 nm、梳齿间距约为150 GHz的宽带光频梳。3.提出了基于光开关实现可重构光频梳的方案。基于3-d B多模干涉耦合器,设计并制备了马赫-曾德尔干涉仪型热光开关单元。测试结果表明,其消光比可达30 d B以上,插入损耗为0.57 d B,为微光梳的高度集成化和可重构提供了基础和可能。4.基于不同半径的氮化硅微环谐振器,通过求解LLE方程实现了不同重频(100GHz-300 GHz)的光频梳产生。