[发明专利]基于薄膜铌酸锂波导的可实时调谐色散波产生系统及方法

权利要求书

1.基于薄膜铌酸锂光波导的可实时调谐色散的产生系统，其特征在于该系统包括超短脉冲激光器(1)、偏振控制器(3)、可调直流稳压电源(6)、薄膜铌酸锂芯片(7)和光学频谱分析仪(11)；超短脉冲激光器(1)的输出端与偏振控制器(3)的输入端通过第一单模光纤(2)连接；偏振控制器(3)的输出端与第一透镜光纤(5)通过第二单模光纤(4)连接；第一透镜光纤(5)通过端面耦合，将光场耦合至薄膜铌酸锂芯片(7)的输入端；可调直流稳压电源(6)通过导线(8)与薄膜铌酸锂芯片(7)连接；光场从薄膜铌酸锂芯片(7)输出通过端面耦合到第二透镜光纤(9)的输入端；第二透镜光纤(9)的输出端与第三单模光纤(10)的一端连接；第三单模光纤(10)的输出端与光学频谱分析仪(11)的输入端连接。

2.根据权利要求1所述的基于薄膜铌酸锂光波导的可实时调谐色散的产生系统，其特征在于薄膜铌酸锂芯片(7)上设置有金属加热电极(13)、悬浮结构铌酸锂脊型波导(12)、基底(18)、掩埋氧化物层(17)、热绝缘沟道(16)、波导层(15)和覆盖层(14)。

3.根据权利要求2所述的基于薄膜铌酸锂光波导的可实时调谐色散的产生系统，其特征在于第一透镜光纤(5)通过端面耦合，将光场耦合至薄膜铌酸锂芯片(7)的悬浮结构铌酸锂脊型波导(12)的输入端；光场从悬浮结构铌酸锂脊型波导(12)的另一端输出通过端面耦合到第二透镜光纤(9)的输入端。

4.根据权利要求2所述的基于薄膜铌酸锂光波导的可实时调谐色散的产生系统，其特征在于可调直流稳压电源(6)通过导线(8)与薄膜铌酸锂芯片(7)中的金属加热电极16连接。

5.根据权利要求1所述的基于薄膜铌酸锂光波导的可实时调谐色散的产生系统，其特征在于在薄膜铌酸锂芯片(7)上，金属加热电极(13)与悬浮结构铌酸锂脊型波导(12)平行，且两者之间的距离根据实际需求设置；通过金属加热电极(13)中流过电流的热效应对悬浮结构铌酸锂脊型波导(12)进行加热。

6.根据权利要求3所述的基于薄膜铌酸锂光波导的可实时调谐色散的产生系统，其特征在于基底(18)为铌酸锂或硅，掩埋氧化物层(17)为二氧化硅，热绝缘沟道16为空气，波导层(15)为铌酸锂薄膜，金属加热电极(13)为镍铬合金，覆盖层(14)为空气。

7.根据权利要求3或4或5所述的基于薄膜铌酸锂光波导的可实时调谐色散的产生系统的实现方法，其特征在于利用高折射率对比度波导中的模式杂化特性，使特定波长处的色散特性发生突变，从而在最终产生的超连续谱中，该波长处可获得高功率、窄带宽、光谱孤立的模式杂化色散波；同时，结合悬浮结构铌酸锂脊型波导(12)的热光双折射效应，通过对悬浮结构铌酸锂脊型波导(12)温度进行热电调控，调谐波导中出现模式杂化现象的波长，最终实现对模式杂化色散波的实时调谐，具体的利用悬浮结构铌酸锂脊型波导(12)在垂直方向上结构不对称的特性，使得TE基模与TM一阶模的有效折射率在模式杂化波长处交叉；产生模式杂化现象的波长对两种偏振模式之间有效折射率的相对变化非常敏感，结合铌酸锂材料自身特有的热光双折射效应，使得沿光轴偏振和沿垂直光轴偏振的两种偏振光具有极大的热光系数差异，因此沿光轴偏振的TE模的折射率比沿垂直光轴偏振的TM模的折射率对温度变化更敏感；所以将模式杂化和热光效应两者结合，实现模式杂化色散波波长的实时热调谐。

8.根据权利要求3或4或5所述的基于薄膜铌酸锂光波导的可实时调谐色散的产生系统的实现方法，其特征在于当悬浮结构铌酸锂脊型波导(12)温度为T℃时，在模式杂化点设定范围内，TE₀和TM₁模有效折射率近似，并具有相似的模场分布，并且越接近杂化波长处，TE₀和TM₁模场分布越相似；通过计算下式数值化评估杂化强度：

其中，E_x和E_y分别是水平和竖直方向上的电场分量，当γ_TE值接近1时代表准TE模，接近0时代表准TM模，其取值0.5时代表杂化强度最大，将此时的波长称为模式杂化点。