[发明专利]基于有源-无源光学微腔耦合系统的片上可调谐光隔离器

说明书

本发明公开了一种基于有源‑无源光学微腔耦合系统的片上可调谐光隔离器，包括有源光学微腔（1）、无源光学微腔（2）、第一光纤（3）和第二光纤（4），第一光纤（3）和有源光学微腔（1）耦合，有源光学微腔（1）和无源光学微腔（2）耦合，第二光纤（4）与无源光学微腔（2）耦合。本发明的光隔离器具有灵敏度高、可调范围广、制备简单和易集成的特性。

技术领域

本发明属于微光学元件领域，具体涉及一种芯片上的微环芯型光学微腔式可调谐光隔离器。

背景技术

光隔离器，类似于电二极管，是允许光向一个方向通过而阻止向相反方向通过的器件，作用是防止光路中由于各种原因产生的后向传输光对光源以及光路系统产生不良影响。光隔离器在光纤通信、光信息处理系统、光纤传感以及精密光学测量系统中具有重要的作用。随着光子芯片的快速发展，光子学向着集成化方向发展，对能够实现片上光通信、光存储、光开关、光计算等功能的微光学元件的需求越来越紧迫，光隔离器就是其中必不可少的元件。

传统的大型隔离器不能在微纳尺度上集成，曾经有基于法拉第效应的一维磁光光子晶体光隔离器，然而需要在隔离器的前后两面都集成上偏振片，应用价值大大受限。之前在波导中也观测到了单向光反射，即一端光的反射被衰减，而另一端反射被放大。也在有Kerr非线性的系统中发现光传播的单向性。但这些光隔离需要较高的探测光功率，隔离度也不容易调节，制备较难。

随着光学微腔的快速发展，微加工工艺的不断进步，光学微腔在制作微光学元件方面有着尺寸小、制备简单、易于集成和可调节的优势。本发明的基于有源-无源光学微腔耦合系统的片上可调谐光隔离器有着易于集成、灵敏度高、可调参数范围大、隔离方向可切换等独特的优势。

因此，需要一种新的光隔离器以解决上述问题。

发明内容

本发明的目的是针对传统光隔离器难集成、难控制、灵敏度低的缺点，提供一种基于有源-无源光学微腔耦合系统的片上可调谐光隔离器。

为实现上述发明目的，本发明基于有源-无源光学微腔耦合系统的片上可调谐光隔离器可采用如下技术方案：

一种基于有源-无源光学微腔耦合系统的片上可调谐光隔离器，包括有源光学微腔、无源光学微腔、第一光纤和第二光纤，所述第一光纤和所述有源光学微腔耦合，所述有源光学微腔和所述无源光学微腔耦合，所述第二光纤与所述无源光学微腔耦合。

更进一步的，所述第一光纤和第二光纤均为单模光纤。单模光纤的纤芯要比多模细很多。光在单模光纤传播过程中，能量集中在纤芯中间，传播至拉细的部分时，能量不会有太多的损耗。

更进一步的，所述第一光纤和第二光纤的直径均为1-5μm。

更进一步的，所述有源光学微腔和无源光学微腔的直径均为55μm -60μm。对于本发明的隔离系统，关键是要看有源光学微腔和无源光学微腔是否存在某个相同的谐振波长。

更进一步的，所述有源光学微腔和无源光学微腔均为微环芯型光学微腔。微环芯型光学微腔是一种回音壁光学微腔，它是由普通的微盘经过激光回流制得。微盘的边缘在回流过程中卷缩，形成微环芯光学微腔。微环芯的表面光滑，因而它的品质因子较之于微盘要高出很多。其中，D. K. Armani, T. J. Kippenberg, S. M. Spillane, K. J. Vahala发表在“Nature, vol. 421, pp. 925-928, 2003”（翻译：2003年自然杂志，421卷，925-928页）的文章“Ultra-High-Q Toroid Microcavity on A Chip”（翻译：具有超高Q值的微环芯型光学微腔）公开了微环芯型光学微腔的结构和具体制备方法。

更进一步的，所述有源光学微腔中掺杂Er⁺³离子。泵浦后能提供增益，无源光学微腔提供损耗。