[发明专利]一种在多模波导中实现多模准相位匹配四波混频的方法

权利要求书

1.一种在多模波导中实现多模准相位匹配四波混频的方法，所述的多模波导是包括了两段直波导以及两段直波导之间的锥形波导，其特征在于，包括如下步骤：

1)确定基模和高阶模的目标信号光、泵浦光和闲频光波长，然后基于当前目标信号光、泵浦光和闲频光处理获得当前目标信号光下基模和高阶模分别对应的四波混频过程中直波导宽度-相位失配量的关系曲线；

2)根据当前目标信号光下基模和高阶模分别对应的四波混频过程中直波导宽度-相位失配量的关系曲线，选择两个直波导的宽度W₁和W₂，使得当前目标信号光处两种宽度的直波导分别在基模和高阶模对应的四波混频过程中的相位失配量满足多模相位失配量等式；

3)根据两段直波导的宽度差确定锥形波导长度，实现不同宽度直波导之间模式的绝热转换；

4)将每个直波导在基模和高阶模对应的四波混频过程中的相位失配量中较大的相位失配量作为当前直波导的目标相位失配量，根据每个直波导的长度与当前直波导的目标相位失配量的乘积等于π，确定当前两段直波导的长度，由步骤2)中的两段直波导以及步骤3)中的锥形波导构成多模波导基本单元，多个多模波导基本单元之间依次连接后形成周期性结构，从而构成最终的多模波导，在最终的多模波导中同时实现基模和高阶模的四波混频过程的准相位匹配。

2.根据权利要求1所述的一种在多模波导中实现多模准相位匹配四波混频的方法，其特征在于，所述步骤1)具体为：

首先确定在基模和高阶模对应的四波混频过程中进行准相位匹配的信号光波长，接着确定泵浦光波长，基于信号光波长和泵浦光波长从而确定闲频光波长；然后基于当前信号光、泵浦光和闲频光利用仿真软件对不同宽度的直波导的本征模式进行仿真，得到每个宽度的直波导中当前信号光、泵浦光、闲频光分别在基模和高阶模下对应的有效折射率，基于有效折射率计算获得当前宽度的直波导在基模和高阶模分别对应的四波混频过程的相位失配量，遍历计算不同宽度的直波导在基模和高阶模对应的四波混频过程的相位失配量，从而建立获得当前目标信号光下基模和高阶模分别对应的四波混频过程中直波导宽度-相位失配量的关系方程。

3.根据权利要求1所述的一种在多模波导中实现多模准相位匹配四波混频的方法，其特征在于，所述步骤1)中的仿真软件为有限元分析软件comsol。

4.根据权利要求1所述的一种在多模波导中实现多模准相位匹配四波混频的方法，其特征在于，所述步骤2)中多模相位失配量等式具体为：

Δβ₀(W₁)/Δβ₀(W₂)＝Δβ₁(W₁)/Δβ₁(W₂)

其中，Δβ₀(W₁)表示当前目标信号光处第一宽度W₁的直波导在基模对应的四波混频过程中的相位失配量，Δβ₀(W₂)表示当前目标信号光处第二宽度W₂的直波导在基模对应的四波混频过程中的相位失配量，Δβ₁(W₁)表示当前目标信号光处第一宽度W₁的直波导在高阶模对应的四波混频过程中的相位失配量，Δβ₁(W₂)表示当前目标信号光处第二宽度W₂的直波导在高阶模对应的四波混频过程中的相位失配量。

5.根据权利要求1所述的一种在多模波导中实现多模准相位匹配四波混频的方法，其特征在于，所述步骤4)中每个直波导的长度与当前直波导的目标相位失配量的乘积等于π，具体为：

max{Δβ₀(W₁),Δβ₁(W₁)}×L₁＝max{Δβ₀(W₂),Δβ₁(W₂)}×L₂＝π

其中，Δβ₀(W₁)表示当前目标信号光处第一宽度W₁的直波导在基模对应的四波混频过程中的相位失配量，Δβ₁(W₁)表示当前目标信号光处第一宽度W₁的直波导在高阶模对应的四波混频过程中的相位失配量，Δβ₀(W₂)表示当前目标信号光处第二宽度W₂的直波导在基模对应的四波混频过程中的相位失配量，Δβ₁(W₂)表示当前目标信号光处第二宽度W₂的直波导在高阶模对应的四波混频过程中的相位失配量，max{}表示取最大值操作，L₁表示第一宽度W₁的直波导的长度，L₂表示第二宽度W₂的直波导的长度。