[发明专利]一种高温度调谐效率的宽带光学倍频波导芯片

权利要求书

1.一种高温度调谐效率的宽带光学倍频波导芯片，其特征在于，包括：波导上包层、波导芯层、波导下包层和基底层；

所述波导芯层包括：宽带光学倍频波导器件；所述宽带光学倍频波导器件中的波导包括：条形波导或脊形波导；

所述宽带光学倍频波导器件包括：TE0到TE1模式转换器和周期性极化铌酸锂薄膜光波导；在所述周期性极化铌酸锂薄膜光波导中，TE1模式的泵浦光和倍频光之间的群速度失配很小，TE1模式泵浦光在所述周期性极化铌酸锂薄膜光波导中的光学倍频具有高温度调谐效率和大带宽的特点；

所述TE0到TE1模式转换器的工作流程包括：

将TE0模式泵浦光通过耦合转化成为TE1模式泵浦光；基于倍频非线性效应，所述TE1模式泵浦光在所述周期性极化铌酸锂薄膜光波导中实现高温度调谐效率和大带宽的高效光学倍频；所述泵浦光位于通信波段附近，倍频光位于600～800nm波段附近；基于所述周期性极化铌酸锂薄膜光波导的高效倍频非线性过程满足以下动量守恒和能量守恒条件：

2ω_p＝ω_SH

其中，k_p和k_SH分别表示泵浦光和倍频光的波数；ω_p和ω_SH分别表示泵浦光和倍频光的频率；Λ_SHG表示倍频非线性过程的极化周期；将波数的表达式k＝ωn_eff/c代入所述动量守恒和能量守恒条件中可得到Λ_SHG的表达式：

其中，λ_p和λ_SH分别表示泵浦光和倍频光的波长；n_eff(λ_p)和n_eff(λ_SH)分别表示泵浦光和倍频光的有效折射率，由波导结构以及各光波的光学模式决定。

2.根据权利要求1所述的高温度调谐效率的宽带光学倍频波导芯片，其特征在于，所述波导上包层为空气或二氧化硅；

所述波导芯层为薄膜铌酸锂材料，厚度为100～2000nm；

所述波导下包层为二氧化硅；

所述基底层为铌酸锂、石英或硅。

3.根据权利要求1所述的高温度调谐效率的宽带光学倍频波导芯片，其特征在于，所述波导芯层的折射率高于波导上包层和波导下包层的折射率。

4.根据权利要求1所述的高温度调谐效率的宽带光学倍频波导芯片，其特征在于，高温度调谐效率的光学倍频基于以下条件：

其中，Δλ/ΔT表示泵浦中心波长变化与温度变化的比值，即光学倍频温度调谐效率；泵浦中心波长定义为倍频效率达到最大时的输入泵浦光波长；λ_p表示泵浦光的波长；c表示真空中光速；表示倍频光的有效折射率随温度的变化率，表示泵浦光的有效折射率随温度的变化率；GVM表示群速度失配，其表达式为：

GVM＝1/ν_g(λ_p)-1/ν_g(λ_SH)

其中，ν_g(λ_p)表示泵浦光的群速度，ν_g(λ_SH)表示倍频光的群速度；群速度失配越小，光学倍频的温度调谐效率越高。

5.根据权利要求1所述的高温度调谐效率的宽带光学倍频波导芯片，其特征在于，宽带的光学倍频基于以下条件：

其中，Δλ_SHG表示光学倍频的带宽，定义为倍频效率下降为峰值倍频效率的一半时的波长间隔；λ_p表示泵浦光的波长；c表示真空中光速；L表示所述周期性极化铌酸锂薄膜光波导的长度；群速度失配GVM越小，光学倍频的带宽越大。

6.根据权利要求1所述的高温度调谐效率的宽带光学倍频波导芯片，其特征在于，所述TE0到TE1模式转换器包括：线性渐变波导型模式转换器或MMI型模式转换器。