【摘 要】
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基于芯片集成微环谐振腔产生的光学频率梳在近些年受到了广泛关注。作为片上集成的多波长光源,它在通信、传感、信号处理、光谱分析等领域都具有广阔的应用前景。目前,人们主要是在理想条件下探究此类光学频率梳的产生机理,而在实际中,很多因素将对光学频率梳的产生造成影响,例如微腔具有的高阶色散、腔中不可避免的局域损耗、温度带来的热效应等,这些因素会使整个系统集成于芯片变得具有挑战性。本文基于以上几点,研究了集成
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基于芯片集成微环谐振腔产生的光学频率梳在近些年受到了广泛关注。作为片上集成的多波长光源,它在通信、传感、信号处理、光谱分析等领域都具有广阔的应用前景。目前,人们主要是在理想条件下探究此类光学频率梳的产生机理,而在实际中,很多因素将对光学频率梳的产生造成影响,例如微腔具有的高阶色散、腔中不可避免的局域损耗、温度带来的热效应等,这些因素会使整个系统集成于芯片变得具有挑战性。本文基于以上几点,研究了集成微腔光学频率梳在特殊条件下的产生机理,证实了微腔光孤子较强的稳定性,同时提供了实现集成光学频率梳产生系统的全芯片集成化的有效途径。本文的创新点和主要工作成果如下:首先,本文提出了利用混合色散降低光频梳所需泵浦光功率的方法,通过对波导的色散进行设计,令色散利用具有四个零点,可以使微腔总体色散值降低为原来的1/6,进而将产生相同谱宽频率梳所需的泵浦功率降低5到6倍,为光学频率梳产生系统的全芯片集成化提供了途径。其次,通过在模型中引入不同程度（3 d B/cm至30 d B/cm）、不同宽度（200 GHz至1 THz）及不同位置（相对于泵浦波长）的局域损耗,研究了频域内较强的局域损耗对微腔光学频率梳产生的影响,展示了微腔光孤子独特的稳定性,并基于此提出一种小型且传输率高的片上光谱分析系统。再次,基于从1280 nm至2060 nm热光系数（TOC）在±1×10-6/K区间内的宽带温度不敏感的微环谐振腔,设计了利用固定波长激光器快速产生光学频率梳的系统,将产生时间缩短至200 ns以内,速度提升三个数量级以上。最后,针对利用芯片集成的高非线性波导对光频梳频谱展宽的系统,分析比较了硅波导与硫系波导对频率梳展宽的效果,并指出系统的可行性主要取决于片上集成光放大器的性能。在实验方面,首先对自由光谱范围（FSR）为100 GHz的氮化硅微腔进行了色散及Q值的测试,之后基于此微腔,利用200 m W的泵浦光在1550 nm波段产生了锁模的光学频率梳。另外,设计了波导与微环的滑轮型耦合结构,实现了微腔与波导的耦合系数在短波长处的提高。
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