引用本文:

张龚业,蒋建,杨继杰. 基于二氧化硅覆盖的铌酸锂波导产生有效二次谐波的研究[J]. 光通信技术,2023,47(4):15-20.

基于二氧化硅覆盖的铌酸锂波导产生有效二次谐波的研究

张龚业,蒋 建*,杨继杰

(南京邮电大学 电子与光学工程学院、柔性电子(未来技术)学院,南京210023)

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摘要:为了在波导中轻松实现相互作用波之间的相位匹配,产生有效的二次谐波,设计了一种新型条形波导——二氧化硅-铌酸锂-二氧化硅(SiO2-LiNbO3-SiO2),该条形波导由SiO2和无蚀刻z切割的LiNbO3组成,通过调整波导结构分析了波导的色散,研究了不同尺寸的SiO2对基波与二次谐波相位匹配点的影响,分析了该条形波导倍频的可行性,并利用脉冲的振幅和宽度对频谱展宽的特性,实现超宽带连续谱。仿真结果表明:在覆盖层SiO2宽度为1 600 nm、高度为400 nm的条形波导结构中,使用脉冲振幅为107 a.u.,脉冲宽度为10 fs的超短脉冲,得到了一个带宽为1 302.5 nm的超宽带连续谱。

关键词:铌酸锂;相位匹配;二次谐波产生;超连续谱;光通信

中图分类号:TN929.1 文献标志码:文章编号:1002-5561(2023)04-0015-06

DOI:10.13921/j.cnki.issn1002-5561.2023.04.003

0 引言

      近年来,由于超连续谱具有频谱宽、方向性好和亮度较高等优点,已广泛地应用于光谱学、光通信、脉冲压缩等[1-2]领域。传统使用光纤产生的超连续谱传输距离较长、泵浦能量较高,难以满足当前集成光学平台[3-4]集成度高[5-6]、尺寸小的要求。随着先进技术光学芯片持续不断地高速发展,通过对条形波导结构进行合理的设计,可以使其对光的限制能力变强并拥有远高于玻璃纤维的非线性系数,同时能够灵活控制色散,采用倍频技术获得超连续宽带频谱。目前,基于铌酸锂(LiNbO3)、氮化硅、富氮氮化硅的超连续谱研究主要在集成光学平台上进行。在这几种材料中,LiNbO3[7]透明窗口很宽,在可见光波段、通信波段没有非线性吸收。由二氧化硅(SiO2)制成的高折射率差波导可以很好地将光限制在芯层,并且改善了波导的有效非线性效应,无需用较高的能量使其非线性效应变强[8-9]。在通信波段中,LiNbO3超连续谱的应用前景十分广阔      [10]。因此,为了在波导中产生有效的二次谐波,本文设计一种新型条形波导—SiO2-LiNbO3-SiO2。

3 结束语

      本文设计了一种新的无蚀刻LiNbO3条形波导,通过SiO2和无蚀刻z切割的LiNbO3来解决宽带TM超连续谱产生的问题,且通过调整波导结构分析了波导的色散,研究了不同尺寸的SiO2对TE与TM相位匹配点的影响,得到满足色散要求的波导结构,降低了制备实际光器件的难度;利用脉冲振幅与脉冲宽度对频谱展宽的特性,得到了能够覆盖可见光-通信-近红外波段的超宽带连续谱,对全光通信的发展有着重要的意义[14-17]。