[发明专利]基于微纳GaAs光学波导的全光调制装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种全光调制技术，具体涉及一种基于微纳GaAs光学波导的全光调制装置及方法。

背景技术

基于各种光学材料和装置的全光调制方案被广泛开发应用，随着集成光电子技术的迅猛发展，人们更多的目光聚焦在利用具有高非线性光学效应的微纳光学介质波导来实现全光调制功能。目前，人们研究较多的是采用具有高非线性光学过程的微纳硅基光学波导中的双光子吸收效应来实现全光调制技术，但是由于硅介质中的双光子吸收过程并不很强，而且由双光子吸收过程所产生的自由载流子具有较长的恢复时间，因此导致硅基光学波导中的光学调制过程受到调制消光比和操作速率的限制。

发明内容

发明目的：本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种全光调制过程具有高达数十Gb/s的操作速率和极高的消光比的基于微纳GaAs光学波导的全光调制装置及方法。

技术方案：本发明所述的基于微纳GaAs光学波导的全光调制装置，包括激光光源、微纳GaAs光学波导、滤波器和频谱分析仪，所述激光光源、微纳GaAs光学波导、滤波器和频谱分析仪通过光纤依次连接。所述激光光源由泵浦脉冲激光光源和连续探测光激光光源组成，激光从所述激光光源输出通过2×1光纤耦合器耦合后进入微纳GaAs光学波导进行探测光波的全光调制，调制后的激光进入所述滤波器将泵浦光波过滤，剩余被调制的探测光通过1×2光纤耦合器进入频谱分析仪。

本发明采用以微纳GaAs光学波导为核心元件来实现高速率的全光调制技术。利用泵浦-探测结构，其中，泵浦光具有高强度的脉冲波形，探测光是具有较低强度的连续光波，在波导中，由于非简并双光子吸收过程，连续探测波将被泵浦脉冲反向调制，从而在波导末端获得被调制的光学信号，而且可通过调节入射泵浦光脉冲的强度和波导长度的方法来实现调制信号消光比(调制深度)的灵活控制。

为了对所述滤波器输出的调制信号进行动态检测，所述频谱分析仪包括光谱分析仪和脉冲时域分析仪，所述光谱分析仪和脉冲时域分析仪分别与所述1×2光纤耦合器的输出端相连接。

所述泵浦脉冲激光光源和连续探测光激光光源分别采用光纤锁模激光器和拉曼硅连续激光器产生。

为了对所述滤波器输出的调制信号进行动态检测，该装置还包括光谱分析仪、脉冲时域分析仪和1×2光纤耦合器，所述1×2光纤耦合器与滤波器的输出端连接，所述1×2光纤耦合器的输出端分别与所述光谱分析仪和脉冲时域分析仪相连接。

本发明基于微纳GaAs光学波导的全光调制方法：从泵浦脉冲激光光源和连续探测光激光光源发出泵浦光和探测光，共同通过2×1光纤耦合器耦合后进微纳GaAs光学波导；在所述微纳GaAs光学波导中，两束光波经非线性作用实现泵浦光和探测光的反向调制；在所述微纳GaAs光学波导的输出端，输出的光信号通过滤波器将泵浦光过滤掉，仅被调制的探测光通过滤波器后作为调制光信号被输出。所述滤波器输出的调制光信号又将经过1×2耦合器分别进入光谱分析仪和光脉冲时域分析仪。

所述微纳GaAs光学波导的长度为1mm，调制速率在10～100Gb/s之间，调制深度大于90％。

本发明的工作原理可描述为：当中心载波波长在1550nm附件的强泵浦脉冲和低功率连续探测光波从激光源输出后，通过非球面透镜耦合进核心元件GaAs波导，在波导中，光波与光波之间以及光波与波导之间强发生强烈的非线性互作用过程，相应的非线性作用可通过以下理论模型来进行描述：