[实用新型]一种基于微米光纤集成的高效倍频器件

说明书

本实用新型涉及非线性光学领域，具体涉及一种基于微米光纤集成的高效倍频器件。包括：衬底、叉指电极、二阶非线性光学材料薄膜和微纳光纤；所述叉指电极设置在衬底上表面，所述二阶非线性光学材料薄膜覆盖在叉指电极上表面，所述微纳光纤紧贴于二阶非线性光学材料薄膜上表面。本实施例将具有良好二阶非线性光学系数的材料薄膜覆盖在叉指电极上，微纳光纤与材料薄膜耦合激发二阶非线性的同时满足准相位匹配以及局域场增强，可以实现高效的倍频转换过程。

技术领域

本实用新型涉及非线性光学领域，更具体地，涉及一种基于微米光纤集成的高效倍频器件。

背景技术

激光的发明开辟了非线性光学的广阔领域，当电场强度可与原子内部的库伦场相比拟的光波与介质产生相互作用时将激发非线性效应，其中介质极化率P与场强E的关系可写成：

P＝x⁽¹⁾E+x⁽²⁾:EE+x⁽³⁾:EEE+…

x⁽²⁾是二阶非线性系数，它负责二次谐波生成、和频生成、差频生成以及许多其他三波混频过程。在自然界中存在许多表现出高性能x⁽²⁾的二阶非线性晶体，包括铌酸锂、磷酸二氢钾等，它们的共同特点是缺乏中心反转对称性。基于这些晶体实现的二阶非线性光学频率转换目前已广泛应用于光谱学、超短脉冲倍频、信号处理以及光通信领域，传统的二阶频率转换系统通常在离子交换的周期化铌酸锂波导中实现，其中准相位匹配通过周期畴反转实现，以增强非线性转换效率。

随着通信系统对数据速率的要求不断增加，将所有光学元件集成在一个芯片中已成为趋势，而将自由空间光精准地耦合进波导内需要借助相当多的光学元件，这不利于器件的集成化、微型化，也不利于长距离信号的收集。同时，铌酸锂等传统波导，其脊波导粗糙的侧壁会带来较大的散射损耗；质子交换波导折射率对比度小，仅支持TM引导模式。这些缺点限制了周期性铌酸锂波导作为二阶非线性光学频率转换系统的进一步应用。

二氧化硅光纤天然具备超低损耗、高损伤阈值等固有特性，可以实现长距离通信和传感。但是由于石英纤维的中心对称结构，它本身并不具备二阶非线性光学系数。目前主要通过热极化、电场极化和光学极化来人为地破坏光纤的中心对称性，但是这些方法通常面临着复杂的工艺和苛刻的制造条件。随着材料学的发展，大量缺乏中心对称性、具有良好二阶非线性光学系数的材料被发现，这些材料由于其稳定的物理化学性质、超高的机械强度，可与微尺寸光电器件完美结合。通过将光纤与具有强二阶非线性系数和多模式重叠的材料集成实现具有二阶非线性的混合系统，可能实现基于光纤的谐波源、光学参量振荡器、自发参量下转换变频源以及基于光纤的量子通信。

实用新型内容

本实用新型旨在克服上述现有技术的至少一种缺陷(不足)，提供一种基于微米光纤集成的高效倍频器件，将具有良好二阶非线性光学系数的材料薄膜覆盖在叉指电极上，微纳光纤与材料薄膜耦合激发二阶非线性的同时满足准相位匹配以及局域场增强，可以实现高效的倍频转换过程。

本实用新型采取的技术方案是，提供一种基于微米光纤集成的高效倍频器件，包括：衬底、叉指电极、二阶非线性光学材料薄膜和微纳光纤；所述叉指电极设置在衬底上表面，所述二阶非线性光学材料薄膜覆盖在叉指电极上表面，所述微纳光纤紧贴于二阶非线性光学材料薄膜上表面。