回音壁模式光学微腔的激发模式控制

发布时间：2021-08-19 21:41

　　利用二氧化碳激光器在熔融石英棒上加工出具有超高品质因子的微棒腔,并研究了微腔的曲率、耦合位置以及耦合位置处锥形光纤的半径对激发的模式数量、品质因子以及耦合效率的影响。通过优化加工和耦合过程中的参数,在保证超高品质因子的同时激发出少量模式,有效避免了模式重叠,从而在不同波长下产生了具有频谱光滑包络的孤子光频梳。 

【文章来源】：光学学报. 2020,40(19)北大核心EICSCD

【文章页数】：9 页

【部分图文】：

微棒腔的截面电场分布。

当泵浦激光进入微腔谐振峰的红失谐区后,微腔中光场自相位调制与群速度色散(GVD)效应及孤子损耗与泵浦激光的参量增益达到动态平衡时,WGM微腔中出现DKS[18]。而WGM光学微腔具有超高Q值和较小的模场面积,有利于建立较强光场,进而使微腔温度升高。因此DKS的产生主要受限于热的影响,当泵浦激光波长处于谐振峰蓝失谐区时,热非线性效应维持微腔处于自热锁定状态;反之,当泵浦激光波长进入谐振峰红失谐区时,微腔中的自热锁定状态被打破,微腔表现出热不稳定状态[19]。之前的工作主要是优化激光扫描的方案,包括“功率快速变化法”、单边带调制器快速调谐以及热片上调谐等[20-22]。这些方法都需要较强的技巧,并且产生孤子的成功率无法保证。利用辅助激光加热的方法成功克服了红失谐区域的热不稳定性并产生了DKS[23],其基本原理如图2所示。首先,将辅助激光从谐振峰蓝失谐区调谐进入谐振峰并停留在蓝失谐区,此时腔内温度升高,谐振峰红移;然后,将泵浦光从谐振峰蓝失谐区调谐进入谐振峰,此时谐振峰继续红移,腔内泵浦光功率增大,辅助光相对蓝移,功率减小。在泵浦光和辅助光的共同作用下,腔内温度趋于稳定,达到热平衡;继续调谐泵浦光,泵浦光进入谐振峰红失谐区后,由于腔内功率的降低,谐振峰蓝移,功率进一步降低,因此泵浦光迅速偏离谐振峰。然而,因为辅助光的存在,谐振峰的蓝移使辅助光重新接近谐振峰,造成腔内功率的增大,微腔达到热平衡,从而泵浦光在红失谐区内产生DKS。本文所关注的另外一个问题是模式竞争问题。WGM光学微腔有非常多的横模,不同波长的模式互相干扰,可能会阻碍孤子的产生[24]。因此,通过优化加工和耦合过程中的参数来减少激发模式数量,以尽量减弱模式竞争。

使用COMSOL软件分别对微棒腔和锥形光纤横截面场强分布以及对应的有效模式折射率进行仿真,从而计算出光学微腔与锥形光纤的传播常数差Δβ,进而计算出耦合系数ηcf。为了简化计算,采用由单模光纤和微腔组成的单个WGM的耦合模型,并且忽略反向散射光,其示意图如图3所示。采用圆柱来简化锥形光纤,微腔与锥形光纤的距离为Gap,Ein是入射光的电场,锥形光纤与微腔的耦合系数是η,耦合进入微腔的光电场是Ec,透过光电场是Eout。在实验中,通过对透过谱进行分析计算获得微腔的激发效率。在计算得到ηcf的基础上,通过适当假设,即可计算出透过率[25]:


本文编号：3352194