[发明专利]在铌酸锂波导结构中产生二次谐波的方法

说明书

本发明公开了在铌酸锂波导结构中产生二次谐波的方法，包括如下步骤：设计Z‑cut LN波导的几何结构，使电信波段的基本准横磁模式TE_0,tele与可见光波段的三阶准横磁模式TM_2,vis相匹配；采用有限元方法模拟的两种模式的有效折射率，从而得到了相位匹配的泵浦波长；两种模式的相位匹配表明在设计的波导中可以产生SHG。对于无泵浦损耗的无损耗波导，其中SHGΓ效率取决于归一化的转换效率，∈0是介电常数，c是在真空中的光速,d_eff是有效非线性极化率；本申请利用温度调制实现有效的相位匹配，研究了铌酸锂(LNO)纳米光子波导的二次谐波产生。我们可以利用仿真中的模型扫描不同温度下的波长。

技术领域

本发明属于铌酸锂技术领域，具体涉及在铌酸锂波导结构中产生二次谐波的方法。

背景技术

许多集成光子学应用需要多个相干可调源。从外部激光器引入额外的光输入，增加了芯片封装的复杂性；使用III-V、SiN或LNO添加集成有源源大大增加了制造的复杂性和成本，为此我们提出一种铌酸锂波导结构通过非线性频率转换产生二次谐波方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种铌酸锂波导结构通过非线性频率转换产生二次谐波方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：一种铌酸锂通过非线性谐波的频率转换方法，包括如下步骤：

A、设计了Z-cut LN波导的几何结构，使电信波段的基本准横磁模式TE₀,tele与可见光波段的三阶准横磁模式TM₂,vis相匹配；

B、采用有限元方法模拟的两种模式的有效折射率，从而得到了相位匹配的泵浦波长；

C、两种模式的相位匹配表明在设计的波导中有潜在的有效的SHG。对于无泵浦损耗的无损耗波导，SHG效率由下式给出：

D、SHGΓ效率取决于标准化的转换效率，如式(2)所示：

E、∈₀是介电常数，c是在真空中的光速,d_eff是有效非线性极化率；在Eq.(2)中，A_eff为有效模式面积，当ζ表示基本模式和二次谐波模式之间的空间模式重叠因子，如式(3)所示：

F、结合式(1)、式(2)以及式(3)，SHG效率本质上取决于空间模态重叠量、有效模态面积和有效非线性极化率。

进一步地，式(1)中分别为基波和二次谐波的光功率，L是波导的长度，表示相位失配，其中n1和n2分别是基本波长处的TE0、tele模式和二次谐波处的TM2、vis模式的有效折射率。

进一步地，当满足相位匹配条件Δk＝0,Eq，式(1)表示了最大SHGΓ效率。

进一步地，式(3)，和∫_all分别表示在LN材料和所有空间上的二维积分，为基波TE_00,Tele的电场，是二次谐波TM_20,NIR的电场，其中E_2y是y方向上的电场。

进一步地，步骤E中，数值模拟表明波导表现出较小的有效模式面积，A_eff＝1.46μm²。

相比于现有技术，本发明的有益效果在于：