一种基于薄膜铌酸锂的集成超短脉冲产生器

本发明涉及光子器件，尤其涉及一种基于薄膜铌酸锂的集成超短脉冲产生器。

背景技术：

1、高峰值功率的超短光脉冲在许多应用中都扮演着重要角色，比如微波光子学、原子钟、光谱学、光通信和光波合成等。惯例上，超短光脉冲由台式脉冲激光器产生。然而这些激光器通常体积庞大功耗高，同时增加了系统的复杂性。相比之下，集成光脉冲产生器更加具有吸引力。目前的集成方案包括集成半导体锁模激光器，基于片上克尔微梳源的超短脉冲源，以及基于集成电光时间透镜系统的超短脉冲源。集成半导体锁模激光器因吸收体的存在，输出脉冲的峰值功率普遍较低。片上克尔微梳源由于高品质因子微环谐振器的光转换效率通常只有1-2％，输出的脉冲能量一般仅有几十飞焦耳。而基于电光时间透镜系统所产生的超短脉冲的能量基本取决于其电光调制器和色散补偿器的损耗，因此提供高峰值功率脉冲的潜力非常大。近年来，薄膜铌酸锂电光调制器发展迅速，逐渐成为现代高速光通信系统的支柱，基于薄膜铌酸锂平台的集成超短脉冲系统的研究也在火热进行中。然而目前的基于电光时间透镜系统的薄膜铌酸锂集成超短脉冲方案仍然存在色散补偿器插入损耗较大的缺点，光转换效率较低，因此输出脉冲的峰值功率受限。

技术实现思路

1、有鉴于此，为解决上述问题之一，本发明实施例的目的是提供一种基于薄膜铌酸锂的集成超短脉冲产生器，减少色散补偿器的损耗，提高光转换效率，提高输出光脉冲的峰值功率。

2、本发明实施例提供了一种基于薄膜铌酸锂的集成超短脉冲产生器，包括绝缘层，设置于所述绝缘层上层的铌酸锂薄膜，以及设置于所述铌酸锂薄膜上的若干条光波导、马赫曾德尔调制器、若干个串联的相位调制器、级联色散补偿器；其中，

3、所述马赫曾德尔调制器，用于对通过光波导进入的连续波激光进行强度调制，产生长脉冲光；

4、若干个所述串联的相位调制器，用于对所述长脉冲光进行相位调制，产生预啁啾脉冲光；

5、所述级联色散补偿器，用于对所述预啁啾脉冲光进行色散补偿，输出超短脉冲光。

6、可选地，所述马赫曾德尔调制器包括1×2多模干涉仪、第一行波电极、2×1多模干涉仪和2条光波导，第一行波电极包括gsg电极，1×2多模干涉仪与2×1多模干涉仪之间通过2条光波导连接，2条光波导分别置于所述第一行波电极的两个gs电极之间。

7、可选地，所述相位调制器包括1条光波导和第二行波电极，第二行波电极包括gsg电极，光波导置于所述第二行波电极的其中一个gs电极之间。

8、可选地，所述集成超短脉冲产生器包括两个串联的第一相位调制器和第二相位调制器，所述马赫曾德尔调制器的输出连接所述第一相位调制器的输入，所述第一相位调制器的输出连接所述第二相位调制器的输入，所述第二相位调制器的输出连接所述级联色散补偿器的输入。

9、可选地，所述集成超短脉冲产生器包括三个串联的第一相位调制器、第二相位调制器和第三相位调制器，所述马赫曾德尔调制器的输出连接所述第一相位调制器的输入，所述第一相位调制器的输出连接所述第二相位调制器的输入，所述第二相位调制器的输出连接所述第三相位调制器的输入，所述第三相位调制器的输出连接所述级联色散补偿器的输入。

10、可选地，所述级联色散补偿器包括若干个串联的光栅色散补偿组件。

11、可选地，所述光栅色散补偿组件包括一个2×2多模干涉仪和两个相同的啁啾布拉格光栅，2×2多模干涉仪一侧的两个端口作为光信号的输入端口和输出端口，2×2多模干涉仪另一侧的两个端口分别连接两个相同的啁啾布拉格光栅。

12、可选地，所述级联色散补偿器包括2个串联的第一光栅色散补偿组件和第二光栅色散补偿组件，最后一个相位调制器的输出连接所述第一光栅色散补偿组件的输入端口，所述第一光栅色散补偿组件的输出端口连接所述第二光栅色散补偿组件的输入端口，所述第二光栅色散补偿组件的输出端口作为集成超短脉冲产生器的输出端口。

13、可选地，所述啁啾布拉格光栅包括周期沿着长度线性变化的侧壁布拉格光栅。

14、可选地，所述啁啾布拉格光栅的折射率调制采用切趾工艺。

15、实施本发明实施例包括以下有益效果：本实施例中基于薄膜铌酸锂的集成超短脉冲产生器包括绝缘层，设置于绝缘层上层的铌酸锂薄膜，以及设置于铌酸锂薄膜上的若干条光波导、马赫曾德尔调制器、若干个串联的相位调制器、级联色散补偿器；其中，马赫曾德尔调制器，用于对通过光波导进入的连续波激光进行强度调制，产生长脉冲光；若干个串联的相位调制器，用于对长脉冲光进行相位调制，产生预啁啾脉冲光；级联色散补偿器，用于对预啁啾脉冲光进行色散补充，输出超短脉冲光，并且无额外损耗；输入的连续波激光依次进行强度调制、相位调制和色散补偿后输出，从而减少色散补偿器的损耗，提高光转换效率，提高输出光脉冲的峰值功率。提供了一种尺寸小，射频功耗相对较低，光学效率较高的全片上集成超短脉冲产生方案。

技术特征：

1.一种基于薄膜铌酸锂的集成超短脉冲产生器，其特征在于，包括绝缘层，设置于所述绝缘层上层的铌酸锂薄膜，以及设置于所述铌酸锂薄膜上的若干条光波导、马赫曾德尔调制器、若干个串联的相位调制器、级联色散补偿器；其中，

2.根据权利要求1所述的集成超短脉冲产生器，其特征在于，所述马赫曾德尔调制器包括1×2多模干涉仪、第一行波电极、2×1多模干涉仪和2条光波导，第一行波电极包括gsg电极，1×2多模干涉仪与2×1多模干涉仪之间通过2条光波导连接，2条光波导分别置于所述第一行波电极的两个gs电极之间。

3.根据权利要求1所述的集成超短脉冲产生器，其特征在于，所述相位调制器包括1条光波导和第二行波电极，第二行波电极包括gsg电极，光波导置于所述第二行波电极的其中一个gs电极之间。

4.根据权利要求1所述的集成超短脉冲产生器，其特征在于，所述集成超短脉冲产生器包括两个串联的第一相位调制器和第二相位调制器，所述马赫曾德尔调制器的输出连接所述第一相位调制器的输入，所述第一相位调制器的输出连接所述第二相位调制器的输入，所述第二相位调制器的输出连接所述级联色散补偿器的输入。

5.根据权利要求1所述的集成超短脉冲产生器，其特征在于，所述集成超短脉冲产生器包括三个串联的第一相位调制器、第二相位调制器和第三相位调制器，所述马赫曾德尔调制器的输出连接所述第一相位调制器的输入，所述第一相位调制器的输出连接所述第二相位调制器的输入，所述第二相位调制器的输出连接所述第三相位调制器的输入，所述第三相位调制器的输出连接所述级联色散补偿器的输入。

6.根据权利要求1所述的集成超短脉冲产生器，其特征在于，所述级联色散补偿器包括若干个串联的光栅色散补偿组件。

7.根据权利要求6所述的集成超短脉冲产生器，其特征在于，所述光栅色散补偿组件包括一个2×2多模干涉仪和两个相同的啁啾布拉格光栅，2×2多模干涉仪一侧的两个端口作为光信号的输入端口和输出端口，2×2多模干涉仪另一侧的两个端口分别连接两个相同的啁啾布拉格光栅。

8.根据权利要求7所述的集成超短脉冲产生器，其特征在于，所述级联色散补偿器包括2个串联的第一光栅色散补偿组件和第二光栅色散补偿组件，最后一个相位调制器的输出连接所述第一光栅色散补偿组件的输入端口，所述第一光栅色散补偿组件的输出端口连接所述第二光栅色散补偿组件的输入端口，所述第二光栅色散补偿组件的输出端口作为集成超短脉冲产生器的输出端口。

9.根据权利要求7所述的集成超短脉冲产生器，其特征在于，所述啁啾布拉格光栅包括周期沿着长度线性变化的侧壁布拉格光栅。

10.根据权利要求7所述的集成超短脉冲产生器，其特征在于，所述啁啾布拉格光栅的折射率调制采用切趾工艺。

技术总结本发明公开了一种基于薄膜铌酸锂的集成超短脉冲产生器，包括绝缘层，设置于绝缘层上层的铌酸锂薄膜，以及设置于铌酸锂薄膜上的若干条光波导、马赫曾德尔调制器、若干个串联的相位调制器、级联色散补偿器；其中，马赫曾德尔调制器用于对通过光波导进入的连续波激光进行强度调制，产生长脉冲光；若干个串联的相位调制器用于对长脉冲光进行相位调制，产生预啁啾脉冲光。本发明实施例能够减少色散补偿器的损耗，提高光转换效率，提高输出光脉冲的峰值功率，提供了一种片上高效脉冲产生的高集成度方案，可广泛应用于光子器件技术领域。技术研发人员：黄福进,蔡鑫伦,王竞一受保护的技术使用者：中山大学技术研发日：技术公布日：2024/5/16