【摘 要】
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近年来,随着集成光电子技术的发展,微环谐振器引起了广泛的关注。其结构简单、占地面积小、集成度高且应用潜力大。得益于先进制造工艺的发展,以及微环突出的非线性特性,使得微腔光频梳技术成为研究热点。通过设计制备具有高品质因子、低损耗和高克尔非线性效应等特性的微环谐振器,可以进一步实现光频梳的激发。本文就针对能够满足集成光频梳产生要求的微环谐振器展开了设计与研究工作,深入探究了微腔光频梳的产生机制、理论模
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近年来,随着集成光电子技术的发展,微环谐振器引起了广泛的关注。其结构简单、占地面积小、集成度高且应用潜力大。得益于先进制造工艺的发展,以及微环突出的非线性特性,使得微腔光频梳技术成为研究热点。通过设计制备具有高品质因子、低损耗和高克尔非线性效应等特性的微环谐振器,可以进一步实现光频梳的激发。本文就针对能够满足集成光频梳产生要求的微环谐振器展开了设计与研究工作,深入探究了微腔光频梳的产生机制、理论模型以及测试方法,并讨论了其在射频相关领域的应用。具体的工作内容分为以下几个方面:(1)详细分析了微腔光频梳的产生原理,深入研究了边带梳谱的产生过程。根据非线性薛定谔方程研究光脉冲在光纤中的传输过程,随后将该方程与边界条件相结合,得到可以描述微环内腔场变化的Lugiato-Lefever Equation(LLE)方程,从而建立模型来研究克尔光频梳的产生。仿真结果发现脉冲光在传输过程中,由于受到色散和非线性效应的共同作用,从而传输形状发生了改变。在此基础上,进一步优化微环尺寸和非线性系数等参数,采用分步傅里叶算法对程序进行重新编写,最后仿真得到一系列新的频谱成分。(2)深入研究了用于产生光频梳的微环谐振器,制定了相应测试方案。根据微环谐振器的工作原理以及集成克尔光频梳的产生要求,对微环谐振器的材料结构、品质因子(Q)、损耗和色散等参数进行了仿真设计工作。探索了满足四波混频效应产生的相位匹配条件,结合集成工艺,设计并制备了二氧化硅微环谐振器。随后根据相关理论和仿真参数制定了微环透射谱的测试方案,选择采用波长扫描的方式,对微环的传输谱进行测试分析。(3)根据测试的微环透射谱的半峰全宽和相对应谐振处的波长值,估算了实物微环的Q值,达到106量级,代表其能在微环内积攒较多的能量,更有利于光频梳的产生。随后构建了测试平台,利用微环谐振腔内的一系列非线性效应的综合平衡,来进行光频梳激发实验。此外,光频梳具有相干的频率序列,能够提供大量的波长通道,可以代替宽谱光源来与射频光子学相结合,在此基础上讨论了射频光子滤波器的实验方案,研究其在射频光子学领域的应用。
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