[发明专利]一种周期极化反转铌酸锂光波导

说明书

技术领域

本发明涉及一种光波导，具体涉及一种周期极化反转铌酸锂光波导。

背景技术

周期极化反转铌酸锂光波导(PPLN)中具有倍频(SHG)、和频(SFG)、差频(DFG)、级联倍频与差频(cSHG/DFG)、级联和频与差频(cSFG/DFG)等二阶和级联二阶非线性效应，在全光波长转换、全光开关、全光逻辑门、全光码型转换等方面都有巨大的应用潜力，近几年来受到越来越多的关注。

目前为止，周期极化反转铌酸锂光波导的主要结构有凸条形波导、掩埋形波导、脊形波导、条载形波导，扩散条形波导等，这些波导结构简单，采用这些结构制备的周期极化反转铌酸锂光波导对光场限制较弱，波导中的传输损耗比较大，对转换效率的提高有很大的影响。同时采用这些结构所制备出的光波导在进行全光波长转换时信号光与抽运光的模场不能很好地匹配，从而影响波长转换效率。

发明内容

本发明的目的是提供一种应用于全光信号处理的具有新颖结构的周期极化反转铌酸锂光波导，该周期极化反转铌酸锂光波导在波导层的上包层和下包层采用光子晶体结构，将周期极化反转铌酸锂光波导与光子晶体结合，使得光波导损耗低、转换效率高。

本发明提供了一种周期极化反转铌酸锂光波导，包括衬底和位于衬底上的波导层，其特征在于，它还包括上光子晶体和下光子晶体，下光子晶体生长于衬底与波导层之间，上光子晶体生长于波导层上，所述上光子晶体和下光子晶体能够使所述周期极化反转铌酸锂光波导的基频光波长和倍频光波长均处在光子禁带内。

进一步的，所述的上光子晶体为一维、二维或三维光子晶体，所述的下光子晶体为一维、二维或三维光子晶体。

本发明具有如下有益效果：

1、本发明采用光子晶体结构对光波模场进行限制，使得在进行全光波长转换时信号光与抽运光的模场能够很好地匹配，提高了模场匹配因子，从而提高波长转换效率。若是在波导层上下制备二维或三维光子晶体，对光场限制作用更强，效果更好，更有利于转换效率的提高。该波导上分有利于PPLN中倍频效应的产生与传输，使其转换效率提高，同时也能提高其它二阶和级联二阶非线性效应的转换效率。

2、本发明将光子晶体应用到PPLN波导结构设计当中，可使得倍频过程中基频抽运光和倍频光刚好处在光子禁带内，光子禁带可以阻止频率落在其内的光波从PPLN波导进入其他介质，导致波导对特定波长的传输损耗减小。基频抽运光在该PPLN中传输时，由于倍频效应产生倍频光，这两束光在该波导中具有极小的传输损耗。

3、本发明所述的光波导中波导层上下可以采用对称结构，那么波导中光场呈对称分布，与单模光纤更容易耦合，耦合效率更高，波导层上下的光子晶体具有很高的反射率，所以对波导中光场限制作用更强，光功率密度更高，非常有利于非线性效应的产生。

附图说明

图1是本发明采用一维光子晶体的周期极化反转铌酸锂光波导的结构图；

图2是本发明采用二维光子晶体的周期极化反转铌酸锂光波导的结构图；

图3是本发明实施例中所设计的SiO₂/TiO₂薄膜的透射谱图。

具体实施方式

本发明所述的适用于全光信号处理的周期极化反转铌酸锂光波导包括波导层1、衬底2、上光子晶体3和下光子晶体4，衬底2上生长下光子晶体4，将其与波导层1直接键合，波导层1上生长上光子晶体3。其中上光子晶体3和下光子晶体4可以是相同的结构，也可以是不同的结构，他们可以是一维光子晶体(如图1所示)、二维光子晶体(如图2所示，通过在波导层上下两端打孔或其他方式制备)或者三维光子晶体。

本发明需要对上光子晶体3和下光子晶体4的结构(即高低折射率、周期层数、每层介质膜的厚度)进行设计，使得周期极化反转铌酸锂光波导的倍频过程中基频光和倍频光波长刚好处在光子禁带内。

下面以上光子晶体3和下光子晶体4均为一维光子晶体，一维光子晶体为多层SiO₂/TiO₂薄膜(SiO₂的折射率为1.46，TiO₂的折射率为2.3)为例，对本发明做进一步说明。

一维光子晶体是由两种或多种介质在一个方向上周期排列构成，在近可见光区和红外区能达到几十甚至几百纳米量级的带隙宽度，其带隙宽度由介质的折射率决定，折射率差越大，则禁带越明显。