[发明专利]基于薄膜铌酸锂的自参考锁定光频梳产生系统

说明书

一种基于薄膜铌酸锂的自参考锁定光频梳产生系统，包括：布置在掺稀土薄膜铌酸锂芯片上，沿光信号传播方向的第一泵浦光耦合器、第一总线波导、有源微环、模斑转换器、光放大器、第一端面耦合器；布置在薄膜铌酸锂芯片上，沿光信号传播方向的第二端面耦合器、波分复用器、色散补偿波导、第二总线波导、无源微环和分束器；以及第二泵浦光耦合器、光频梳输出耦合器、光滤波器和倍频光输出耦合器。本发明通过采用基于薄膜铌酸锂的锁模激光器、光放大器和高Q值微环等器件，实现片上自锁定光频梳的产生，具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明涉及光学频率梳，特别是一种基于薄膜铌酸锂的自参考锁定的光频梳产生系统。

背景技术

光学频率梳，简称光频梳，在超快光学、光谱学、光钟、光通信等领域都有广泛应用。传统光频梳基于锁模激光器，结合超连续谱产生和倍频等结构，实现频率的自参考锁定。近十多年来，基于高Q值微型谐振器的光频梳(简称微腔光频梳，microcomb)得到关注。微腔光频梳通过腔内的级联四波混频，可以实现很宽的光谱产生。但微腔光频梳并不是严格意义上的光频梳，因为其并没有实现频率的自参考锁定。若要实现自参考锁定，已有的报道中需要利用具有不同梳齿间距和光谱宽度的两个微腔光频梳，结合互锁定、倍频、辅助激光等复杂系统，才能实现自参考锁定(D.Spencer,et al.,“An optical-frequencysynthesizer using integrated photonics,”Nature 557,81-85(2018)，和Z.Newman,etal.,“Architecture for the photonic integration of an optical atomic clock,”Optica 6,680-685(2019))，而多种材料的使用也使得光子集成变得困难。

因此，需要研究一种系统更简洁的、可以更方便实现光子集成的自参考锁定光频梳产生方案。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本发明提供一种基于薄膜铌酸锂的自参考锁定光频梳产生系统，通过采用基于薄膜铌酸锂的锁模激光器、光放大器和高Q值微环等器件，实现片上自锁定光频梳的产生，具有广阔的应用前景。

本发明的技术解决方案如下：

一种基于薄膜铌酸锂的自参考锁定光频梳产生系统，其特点在于，包括：

第一泵浦激光器，用于提供第一泵浦光；

第二泵浦激光器，用于提供第二泵浦光；

布置在掺稀土薄膜铌酸锂芯片上，沿光信号传播方向的第一泵浦光耦合器、第一总线波导、有源微环、模斑转换器、光放大器、第一端面耦合器；所述有源微环是一个环形的单模铌酸锂波导结构，位于第一总线波导的一侧，通过倏逝波实现所述的第一总线波导内光场与有源微环内光场的耦合，所述有源微环上有电光移相器和第一热光移相器；

布置在薄膜铌酸锂芯片上，沿光信号传播方向的第二端面耦合器、波分复用器、色散补偿波导、第二总线波导、无源微环和分束器；以及第二泵浦光耦合器、光频梳输出耦合器、光滤波器和倍频光输出耦合器；所述无源微环是一个环形的高Q值单模铌酸锂波导结构，位于第二总线波导的一侧，通过倏逝波实现所述第二总线波导内光场与所述无源微环内光场的耦合，所述无源微环上有第二热光移相器；