[发明专利]基于空分复用的多通道全光纤微球谐振腔及其制作方法

说明书

本发明公开了一种基于空分复用的多通道全光纤微球谐振腔及其制作方法，由中空微结构光纤和全光纤微球谐振腔分组成；所述中空微结构光纤由光纤包层(1)、高掺锗光波导阵列以及用于支撑高掺锗光波导阵列的光波导支撑微管阵列构成，所述光波导支撑微管阵列将掺锗光波导阵列与光纤包层(1)隔离开，所述微球(4)填充在中空微结构光纤内部，与高掺锗光波导阵列相切；入射光沿高掺锗光波导阵列传播到与微球(4)的相切点处，耦合到微球(4)的光在与高掺锗光波导阵列相切的微球赤道面(7)内产生光学振荡，构成多通道空分复用的全光纤微球谐振腔。本发明实现了全光纤结构，解决了机械稳定性和高功率宽光谱光耦合的难题。

技术领域

本发明涉及光学微谐振腔领域，特别是涉及一种多通道空分复用的全光纤微球谐振腔及其制作方法。

背景技术

随着微纳技术的不断发展，新型光学微谐振腔不断取得新的突破，并广泛应用于微纳激光、光传感器、光调制器、光存储器等领域。目前，常见的光学微谐振腔主要包括微球谐振腔、微盘谐振腔、硅基光波导谐振腔三种。

微球谐振腔具有易于制备的优点，但是需要采用微纳光纤作为入射光波导将光耦合到微球谐振腔中，而微纳光纤与微球谐振腔之间的机械稳定性是该类型结构面临的巨大挑战。(B. Sprenger, H. G. L. Schwefel, and L. J. Wang, Whispering-gallery-mode-resonator- stabilized narrow-linewidth fiber loop laser, Opt. Lett. 34,3370 (2009).)。微盘谐振腔相比于微球谐振腔具有更高的模式体积，因此可以产生更高效率的谐振光波模场。但是，通常采用微纳光纤作为入射光耦合的器件，同样面临着光耦合机械稳定性的难题。(D. Chen, A. Kovach, X. Shen, S. Poust, and A. M. Armani, On-Chip Ultra-High-Q Silicon Oxynitride Optical Resonators, ACS photonics 4,2376 (2017).) 。硅基光波导谐振腔采用硅基刻蚀技术将入射光波导与微谐振腔制作在硅基表面，具有很高的集成度和机械稳定性，但是，高功率宽光谱入射光耦合是硅基光波导所面临的技术难题。(Y. Liu, Y. Xuan, X. Xue, P. H. Wang, S. Chen, A. J. Metcalf,J. Wang, D. E. Leaird, M. Qi, and A. M. Weiner, Investigation of modecoupling in normal-dispersion silicon nitride microresonators for Kerrfrequency comb generation, Optica 1, 137 (2014).)。

此外，上述光学微谐振腔均只能实现单通道谐振光输出。随着微纳光学技术的进步，如何提高光学微谐振腔复用能力，提高谐振光输出通道已成为该领域一个新的挑战。

发明内容

基于上述技术问题，本发明提出了一种基于空分复用的多通道全光纤微球谐振腔及其制作方法，采用中空微结构光纤与微球谐振腔相结合形成全光纤微球谐振腔结构，解决了机械稳定性和高功率宽光谱光耦合的难题；同时，利用不同角度上微球赤道面内光学振荡互不相扰的特性，在微球表面产生光学谐振腔的空分复用作用，实现多通道光输出的目标。