利用二氧化碳激光器在熔融石英棒上加工出具有超高品質(zhì)因子的微棒腔,并研究了微腔的曲率、耦合位置以及耦合位置處錐形光纖的半徑對激發(fā)的模式數(shù)量、品質(zhì)因子以及耦合效率的影響。通過優(yōu)化加工和耦合過程中的參數(shù),在保證超高品質(zhì)因子的同時激發(fā)出少量模式,有效避免了模式重疊,從而在不同波長下產(chǎn)生了具有頻譜光滑包絡(luò)的孤子光頻梳。 

【文章來源】：光學(xué)學(xué)報. 2020,40(19)北大核心EICSCD

【文章頁數(shù)】：9 頁

【部分圖文】：

微棒腔的截面電場分布。

當泵浦激光進入微腔諧振峰的紅失諧區(qū)后,微腔中光場自相位調(diào)制與群速度色散(GVD)效應(yīng)及孤子損耗與泵浦激光的參量增益達到動態(tài)平衡時,WGM微腔中出現(xiàn)DKS[18]。而WGM光學(xué)微腔具有超高Q值和較小的模場面積,有利于建立較強光場,進而使微腔溫度升高。因此DKS的產(chǎn)生主要受限于熱的影響,當泵浦激光波長處于諧振峰藍失諧區(qū)時,熱非線性效應(yīng)維持微腔處于自熱鎖定狀態(tài);反之,當泵浦激光波長進入諧振峰紅失諧區(qū)時,微腔中的自熱鎖定狀態(tài)被打破,微腔表現(xiàn)出熱不穩(wěn)定狀態(tài)[19]。之前的工作主要是優(yōu)化激光掃描的方案,包括“功率快速變化法”、單邊帶調(diào)制器快速調(diào)諧以及熱片上調(diào)諧等[20-22]。這些方法都需要較強的技巧,并且產(chǎn)生孤子的成功率無法保證。利用輔助激光加熱的方法成功克服了紅失諧區(qū)域的熱不穩(wěn)定性并產(chǎn)生了DKS[23],其基本原理如圖2所示。首先,將輔助激光從諧振峰藍失諧區(qū)調(diào)諧進入諧振峰并停留在藍失諧區(qū),此時腔內(nèi)溫度升高,諧振峰紅移;然后,將泵浦光從諧振峰藍失諧區(qū)調(diào)諧進入諧振峰,此時諧振峰繼續(xù)紅移,腔內(nèi)泵浦光功率增大,輔助光相對藍移,功率減小。在泵浦光和輔助光的共同作用下,腔內(nèi)溫度趨于穩(wěn)定,達到熱平衡;繼續(xù)調(diào)諧泵浦光,泵浦光進入諧振峰紅失諧區(qū)后,由于腔內(nèi)功率的降低,諧振峰藍移,功率進一步降低,因此泵浦光迅速偏離諧振峰。然而,因為輔助光的存在,諧振峰的藍移使輔助光重新接近諧振峰,造成腔內(nèi)功率的增大,微腔達到熱平衡,從而泵浦光在紅失諧區(qū)內(nèi)產(chǎn)生DKS。本文所關(guān)注的另外一個問題是模式競爭問題。WGM光學(xué)微腔有非常多的橫模,不同波長的模式互相干擾,可能會阻礙孤子的產(chǎn)生[24]。因此,通過優(yōu)化加工和耦合過程中的參數(shù)來減少激發(fā)模式數(shù)量,以盡量減弱模式競爭。

使用COMSOL軟件分別對微棒腔和錐形光纖橫截面場強分布以及對應(yīng)的有效模式折射率進行仿真,從而計算出光學(xué)微腔與錐形光纖的傳播常數(shù)差Δβ,進而計算出耦合系數(shù)ηcf。為了簡化計算,采用由單模光纖和微腔組成的單個WGM的耦合模型,并且忽略反向散射光,其示意圖如圖3所示。采用圓柱來簡化錐形光纖,微腔與錐形光纖的距離為Gap,Ein是入射光的電場,錐形光纖與微腔的耦合系數(shù)是η,耦合進入微腔的光電場是Ec,透過光電場是Eout。在實驗中,通過對透過譜進行分析計算獲得微腔的激發(fā)效率。在計算得到ηcf的基礎(chǔ)上,通過適當假設(shè),即可計算出透過率[25]:


本文編號：3352194