【摘 要】
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超连续谱产生（supercontinuum generation,SCG）是指超短脉冲经过线性和非线性效应后频谱发生极大展宽的现象。在不同波段内展宽的SCG可应用于不同领域,可见光波段的SCG能够提高医学成像的清晰度和实现频率的精准测量,C波段的SCG能够作为多波长光源实现TDM-WDM-TDM转换,中红外波段的SCG则在传感和光谱学探测中被广泛应用。随着光芯片的不断发展,基于光纤实现SCG的方式
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超连续谱产生（supercontinuum generation,SCG）是指超短脉冲经过线性和非线性效应后频谱发生极大展宽的现象。在不同波段内展宽的SCG可应用于不同领域,可见光波段的SCG能够提高医学成像的清晰度和实现频率的精准测量,C波段的SCG能够作为多波长光源实现TDM-WDM-TDM转换,中红外波段的SCG则在传感和光谱学探测中被广泛应用。随着光芯片的不断发展,基于光纤实现SCG的方式需要长传输距离与高泵浦能量,已经无法满足当前集成光学平台集成度高、体积小的要求。通过对硅基光波导的结构进行合理设计,可以使其对光具有极强的限制能力并拥有远大于光纤的非线性系数,同时能够灵活地调控色散,从而在毫米级长度的波导以皮焦级的能量即可实现跨倍频的宽带SCG,兼容CMOS工艺使其更为便捷地将光电结合到一起,这些优点使硅基光波导成为研究SCG的新平台。目前主要在基于硅、铌酸锂、氮化硅（Si3N4）、富氮氮化硅等材料的集成光学平台中对SCG进行研究。其中Si3N4具有较宽的透明窗口,在可见光及通信波段不存在非线性吸收;与二氧化硅形成的高折射率差波导能够将光约束在较小的芯层,具有数十倍于硅的非线性系数,增强了波导的有效非线性作用,使其以较低的能量即可实现强非线性效应,因此Si3N4在通信波段SCG的应用中有极大的潜力。本文研究了不同尺寸的Si3N4波导中可见光-通信-近红外波段SCG的情况。首先分析了参与SCG的线性与非线性效应和描述这一过程的理论公式,通过调整Si3N4波导结构分析波导的色散,得到满足色散要求的波导结构。然后分析脉冲对SCG和相干度的影响,从而得到能够覆盖可见光-通信-近红外波段的高相干SCG。随后根据分析结果设计掩膜版,在设计掩膜版的过程中,不仅包括产生可见光-通信-近红外波段SCG的波导,同时也包括其他不同宽度的波导,以期在同一个器件中通过选择不同宽度的波导和脉冲参数来灵活地实现不同范围的SCG。最后实验制作出波导器件并对其进行了通光与损耗测试。
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