一种具备实时反馈的可调谐非线性光子器件的制备装置

本发明涉及集成光学器件制造，尤其是一种具备实时反馈的可调谐非线性光子器件的制备装置。

背景技术：

1、非线性效应是指强光作用下由于介质的非线性极化而产生的效应，包括散射效应和克尔效应等。目前，基于非线性光学材料制备的非线性光子器件已被大范围应用于频率转换，量子光学，相干通信，以及激光信息存储和处理等领域。

2、光学谐振腔具有对光的强束缚能力以及很小的模式体积，利用谐振将光长时间限制在极小的空间内，能显著增强腔内光场。这使得光学谐振腔可以有效降低产生各种非线性光学效应所需的光功率阈值，成为研究非线性效应的理想平台。

3、但是，光学谐振腔器件一旦加工完成，只能通过加热等进行线性折射率调控，在非线性器件中都是不可调谐的，要想实现多种效果只能制备多个器件，这限制了光学谐振腔器件的调控性和可拓展性发展。而为了满足某些非线性光学应用的需求，通常需要对光学谐振腔进行特殊的色散设计，加入额外的结构，但这样通常会引入额外的传输损耗，并对器件加工精度有很高要求。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明提供一种具备实时反馈的可调谐非线性光子器件的制备装置，本发明利用光学谐振腔内驻波效应结合硫系材料的光致折变特性，通过高功率泵浦任一谐振模式形成内建光栅。由于内建光栅导致光学谐振腔的局部折射率变化，谐振模式劈裂成两个驻波模式，通过泵浦不同的驻波模式来增强或减弱光栅强度，调控模式劈裂的宽度；并且本发明具有色散检测系统，对形成光栅的强度进行实时检测，从而实现对谐振腔色散的精确调控。

2、本发明的技术方案为：一种具备实时反馈的可调谐非线性光子器件的制备装置，包括写栅系统和色散检测系统，所述的写栅系统用于对光学谐振腔内部刻写光栅；所述的色散检测系统用于扫描光学谐振腔色散。

3、作为优选的，所述的写栅系统包括泵浦激光器、光放大器、第一偏振控制器、光学谐振腔器件、第一环形器、第二环形器、第一高速光电探测器、第一光分束器、光功率计、pdh稳频系统、伺服控制器，所述的泵浦激光器，所述的泵浦激光器产生的泵浦激光经过光放大器放大后依次经过第一偏振控制器和第一环形器后进入光学谐振腔器件进行写栅操作，出腔后，光信号经过所述的第二环形器，然后经过第一光分束器分成两束，一束进入光功率计中用于观察泵浦激光进腔情况；另一束由第一高速光电探测器转换成电信号并进入pdh稳频系统中，并通过伺服控制器对泵浦激光的波长进行反馈调整，使其锁定在腔内；

4、作为优选的，所述的色散检测系统包括连续可调谐激光器、第二光分束器、第二偏振控制器、第三偏振控制器、mzi光纤环、第二高速光电探测器、第三高速光电探测器、高速示波器，所述的连续可调谐激光器的低功率探测激光被第二光分束器分成两束，其中一束经过第二偏振控制器和第二环形器后进入光学谐振腔器件进行频率扫描，并在出腔后经过第一环形器进入第二高速光电探测器中转换为电信号传入高速示波器；

5、另一束经过第三偏振控制器后进入mzi光纤环中用于频率校准，并由第三高速光电探测器转换为电信号并接入高速示波器中。

6、作为优选的，所述的泵浦激光器线宽不高于10mhz，输出波长包括但不限于1.55μm、2.0μm、3-5μm和7-10μm。

7、作为优选的，所述的连续可调谐激光器的频率扫描速度不小于200nm/s，线宽不高于10khz，波长准确性小于10pm，输出激光的波长与泵浦激光器的激光波长相对应。

8、作为优选的，所述的光放大器采用但不仅限于光纤放大器和半导体放大器，经光放大器放大后的泵浦激光功率不低于20mw。

9、作为优选的，所述的第一高速光电探测器、第二高速光电探测器、第三高速光电探测器的响应波长与泵浦激光波长一致，带宽不小于10mhz。

10、作为优选的，所述光学谐振腔器件中的写栅为“布拉格光栅”结构，通过改变泵浦激光功率和波长改变布拉格光栅的参数。

11、作为优选的，所述的光学谐振腔器件的材料包括但不限于硫化砷、硒化砷、锗砷硒、锗砷硫、锗碲硒、锗碲硫、砷硫硒中的任意一种。

12、作为优选的，所述的第一光分束器和第二光分束器采用但不限于光纤耦合器和片上光波导光束耦合器。

13、作为优选的，所述的第一偏振控制器、第二偏振控制器、第三偏振控制器采用但不限于光纤环型、玻片型、可旋玻片型、电光晶体型的偏振控制器。

14、作为优选的，本发明还提供一种具备实时反馈的可调谐非线性光子器件的制备方法，包括以下步骤：

15、s1)、写栅

16、通过泵浦激光器产生泵浦激光，泵浦激光经过光放大器放大后依次经过第一偏振控制器和第一环形器后进入光学谐振腔器件内进行写栅操作，出腔后，光信号经过第二环形器，然后经过第一光分束器分成两束，其中一束进入光功率计中用于观察泵浦激光进腔情况；另一束由第一高速光电探测器转换成电信号并进入pdh稳频系统中，并通过伺服控制器对泵浦激光的波长进行反馈调整，使其锁定在腔内；

17、s2)、色散检测

18、通过连续可调谐激光器产生的低功率探测激光被第二光分束器分成两束，其中一束经过第二偏振控制器和第二环形器后进入光学谐振腔器件进行频率扫描，并在出腔后经过第一环形器进入第二高速光电探测器中转换为电信号传入高速示波器；

19、另一束经过第三偏振控制器后进入mzi光纤环中用于频率校准，并由第三高速光电探测器转换为电信号并接入高速示波器中；

20、光栅初步形成后，谐振模式劈裂成两个驻波模式，通过泵浦不同的驻波模式来增强或减弱光栅强度，实现对色散的精准调控。

21、本发明的有益效果为：

22、1、本发明利用光学谐振腔的驻波效应结合硫系材料光致折变效应，通过对谐振模式进行泵浦，改变光学谐振腔的局部折射率，形成光栅，从而改变光学谐振腔器件的色散，并对形成光栅的强度进行实时检测，实现色散的精准调控；

23、2、本发明内建光栅初步形成后，谐振模式劈裂成两个驻波模式，通过泵浦不同的驻波模式来增强或减弱光栅强度，调控模式劈裂的宽度，实现对色散的精准调控，另外该内建光栅不引入额外损耗，谐振模式能一直保持高品质因子；

24、3、本发明可制备出产生所需各种非线性效应的光学谐振腔器件，并可以自由调谐；可实时检测和调控光学谐振腔的内建光栅强度，从而精准地进行色散调谐。

技术特征：

1.一种具备实时反馈的可调谐非线性光子器件的制备装置，其特征在于，包括写栅系统(10)和色散检测系统(20)，所述的写栅系统(10)用于对光学谐振腔内部刻写光栅；所述的色散检测系统(20)用于扫描光学谐振腔的色散；其中，

2.根据权利要求1所述的一种具备实时反馈的可调谐非线性光子器件的制备装置，其特征在于：所述的泵浦激光器(101)线宽不高于10mhz，输出波长包括但不限于1.55μm、2.0μm、3-5μm和7-10μm。

3.根据权利要求1所述的一种具备实时反馈的可调谐非线性光子器件的制备装置，其特征在于：所述的连续可调谐激光器(201)的频率扫描速度不小于200nm/s，线宽不高于1mhz，输出激光的波长与泵浦激光器(101)的激光波长相对应。

4.根据权利要求1所述的一种具备实时反馈的可调谐非线性光子器件的制备装置，其特征在于：所述的光放大器(102)采用但不仅限于光纤放大器和半导体放大器，经光放大器(102)放大后的泵浦激光功率不低于20mw。

5.根据权利要求1所述的一种具备实时反馈的可调谐非线性光子器件的制备装置，其特征在于：所述的第一高速光电探测器(109)、第二高速光电探测器(206)、第三高速光电探测器(207)的响应波长与泵浦激光波长一致，带宽不小于10mhz。

6.根据权利要求1所述的一种具备实时反馈的可调谐非线性光子器件的制备装置，其特征在于：所述光学谐振腔器件(105)中的“内建光栅”为“布拉格光栅”结构，通过改变泵浦激光功率和波长可改变布拉格光栅的参数。

7.根据权利要求6所述的一种具备实时反馈的可调谐非线性光子器件的制备装置，其特征在于：所述的光学谐振腔器件(105)的材料为具有非易失性光致折变效应的硫系光学玻璃材料，包括但不限于硫化砷、硒化砷、锗砷硒、锗砷硫、锗碲硒、锗碲硫、砷硫硒中的任意一种。

8.根据权利要求1所述的一种具备实时反馈的可调谐非线性光子器件的制备装置，其特征在于：所述的第一光分束器(107)和第二光分束器(202)采用但不限于光纤耦合器和片上光波导光束耦合器。

9.根据权利要求1所述的一种具备实时反馈的可调谐非线性光子器件的制备装置，其特征在于：所述的第一偏振控制器(103)、第二偏振控制器(203)、第三偏振控制器(204)采用但不限于光纤环型、玻片型、可旋玻片型、电光晶体型的偏振控制器。

10.一种具备实时反馈的可调谐非线性光子器件的制备方法，其特征在于，所述的方法用于权利要求1-9任一项所述的装置，具体包括以下步骤：

技术总结本发明提供一种具备实时反馈的可调谐非线性光子器件的制备装置，包括写栅系统和色散检测系统，所述写栅系统用于对光学谐振腔内部刻写光栅；所述色散检测系统用于检测光学谐振腔的色散。本发明利用光学谐振腔内驻波效应结合硫系材料的光致折变特性，通过高功率泵浦任一谐振模式形成内建光栅。由于内建光栅导致光学谐振腔的局部折射率变化，谐振模式劈裂成两个驻波模式，通过泵浦不同的驻波模式来增强或减弱光栅强度，调控模式劈裂的宽度；并且本发明具有色散检测系统，对形成光栅的强度进行实时检测，从而实现对谐振腔色散的精确调控。本发明制备可调谐非线性谐振腔的方法不引入额外损耗，谐振模式能一直保持高品质因子，可精准地进行色散调谐。技术研发人员：张斌,黄健腾,夏迪,王琳毅,罗立阳,赵鑫受保护的技术使用者：中山大学技术研发日：技术公布日：2024/6/11