基于片上高Q氧化硅微腔的光学隔离

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光学隔离器,在光通讯、光信号处理、激光保护和逻辑运算等方面至关重要,是未来全光集成芯片必不可少的一部分。多年来,光学隔离器的小型化和芯片集成一直都是光学领域研究的热点。目前芯片上集成的光学隔离器从结构上可以分为两类,波导型和回音壁光学微腔型。大多数波导型的光学隔离器需要长程的作用,虽然部分方案可与CMOS兼容,但是集成度难以提高。而回音壁光学微腔的尺寸一般在微米量级,在某些特殊的结构中可小至数百纳米,有利于提高集成度。所以我们选择了回音壁模光学微腔作为研究对象。  本文主要由两个光学隔离实验组成,分别为基于增益饱和非线性的光学隔离和基于光学参量放大的光学隔离。前者所用样品为铒离子掺杂的氧化硅微环芯腔,而后者所用为普通的氧化硅微环芯腔。  在稀土离子掺杂的样品中,信号光的增益由铒离子在不同能级的分布决定。而信号光也会引发受激辐射和受激吸收,对铒离子在不同能级的分布也会产生影响,进而影响其自身的增益。基于这一点,我们设计了耦合强度不对称的微腔-波导耦合结构,验证了这种隔离机制的可行性,最终实验上观察到了光学隔离。  光学参量放大引起的光学隔离实验中,四波混频需要满足能量守恒和动量守恒,对应的参量放大过程也需要满足这两个条件。动量守恒条件使得信号光只有与泵浦光同向入射的情况下才会被放大,而反向输入的信号光则不受参量放大的影响。这种隔离机制可以在正、反向信号光同时入射时仍然起作用。实验中,我们研究了不同工作情形下泵浦光和信号光强度对光学隔离的影响,并实验上证明了它是一个“真正”的光学隔离器。
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