掺杂硅波导实现可调谐红外激光输出.pdf

万方数据
掺杂硅波导实现可调谐红外激光输出徐一，浩，乔丽君，张明江，张建忠，王涛，高少华一，錳一，一，【光电工程／掺杂硅波导结构实现可调谐红外激光输出．通过氧化锌粒子的掺杂破坏硅材料的对称性，减少其有效折射．掺杂波导具有体积小、结构稳定等优势，该掺杂手段为实现集成波长调谐器件提供了新方法．关键词：非线性光学；硅波导；掺杂；红外调谐；四波混频；二阶非线性摘要：针对目前红外波段波长转换存在的损耗大、工艺复杂，以及难以实现波长调谐等缺陷，提出率，增强硅波导内部的非线性效应，实现了中红外波长输出，波长转换范围达到．¨徊研究发现，改变粒子掺杂密度可实现中红外激光波长可调谐输出，调谐范围可达中图分类号：文献标志码：，第卷第深圳大学学报理工版太原理工大学物理与光电工程学院，山西太原；太原理工大学新型传感器与智能控制教育部与山西省重点实验室，山西太原，年疭甁．．．，，，琣．甶鴐—蟫．瑆甧；；——．琓，，琍．瓹：，：詉癵．猰簔“自甧．譱．：琧：——籄：：．
万方数据
导：群，／仿真模型。。；。。：，膨，琲硎敬涑Ｊ谄涤虻募ɑ。、近年来，高质量的中红外激光由于具有谱带灵外波段的波长调谐过程，通过掺杂粒子破坏硅材料长向中红外波长的调谐．——∑卢。一俊＃。—琲一，／及槐硎揪橐换某》担愎夤β及，及交叉相位调制敏度高、基频振动强且透射率比传统通信波段强的特点，在光网络、传感及检测等领域得到广泛应用．量子级联激光器和级联拉曼激光器等中红外激光源存在低效率、高成本及调谐难等缺点，因此，利用非线性效应实现红外波长转换。。成为研究热点．采用聚合物和／，榷追线性∞牧峡梢允迪趾焱獠ǔぷ;唬ǜ咚鸷牡贾其转换效率较低．利用三阶非线性效应也可以实现波长转换，如在高非线性光纤中通过简并四波混频效应可实现附近中红外波长输出。孕要通过硅波导进一步扩大波长转换范围，具有结构复杂的缺点．通过光子晶体光纤中受激拉曼散射效应也可实现高效波长转换∞捎诠庀送淝刖减小会导致损耗增大，这种方法不利于集成化和小型化．得益于互补金属氧化物半导体珻平台的支持，硅光子技术日趋成熟．利用硅波导中的非线性效应可实现通信波段与中红外区的高效波长转换．如利用双泵浦四波混频效应在多模硅波导中可实现的波长转换帕辉诟哒凵渎什粼佣趸璨ǖ贾锌实现的波长转换一杂谕ㄐ挪ǘ蔚街泻焱波段的波长转换，受限于波长匹配等条件，三阶非线性效应的波长转换效率较低。璨牧系木Ц穸称性一旦被破坏，硅波导中也可实现二阶非线性效应．如外加直流电场时，在多个泵浦波长下产生二次谐波。虿捎肧等具有二阶非线性效应的材料涂附在硅波导表面形成复合硅基波导，从而产生诸如二次谐波等非线性效应鲜龇椒ㄋ淙煌动了红外波长转换领域的进步，但仍难以实现波长可调谐输出．本研究数值模拟掺杂硅波导中通信波段到中红对称性产生二阶非线性效应，并通过改变材料自由载流子浓度提高三阶非线性效应作用，导致硅波导中的非线性效应显著增强，实现由通信波段泵浦波图2粼硬ǖ嫉慕峁故疽馔迹∪〉疾ú阒的一段区域进行掺杂形成掺杂区，掺杂区长度为激光信号由掺杂波导一端输入，经波导掺杂区的粒子随机散射作用，最终一部分光后向散射返回入射端，一部分光前向散射至波导另一端．由于硅材料中的晶格对称性，其二阶极化系数一般为Ｗ硬粼拥贾露猿菩员黄苹担岵次谐波等硅波导中较为常见的二阶非线性效应¨．硅材料中的简并四波混频通过非共振电子响应