硅基微环中自动准相位匹配四波混频技术的仿真研究.docVIP

 硅基微环中自动准相位匹配四波混频技术 的仿真研究 杨盈家，徐大雄** 5 10 15 20 25 30 35 （北京邮电大学信息光子学与光通信研究院，北京 100876） 摘要：相位匹配是影响四波混频中信号光到闲频光转换效率的关键因素，一种在硅基微环 （silicon microring）中可以实现自动准相位匹配（automatic QPM）的技术既提高了转换效 率又避免了对波导进行色散控制。通过 Matlab 软件仿真了由双光子吸收导致的自由载流子 吸收（FCA）损耗对自动准相位匹配过程的影响，对设计简单、高效的基于四波混频的波长 转换器件具有指导意义。 关键词：光学工程；四波混频；硅基微环；自动准相位匹配；波长转换 中图分类号：O437.4 Simulation of automatic QPM technique of four-wave-mixing in a silicon microring YANG Yingjia, XU Daxiong (Information Photonics and Optical Communication Institute,Beijing University of Posts and Telecommunications, Beijing 100876) Abstract: Phase match is the key factor to influence the efferency of signal-to-idler conversion in four-wave-mixing. One automatic QPM technique in a silicon microring has been brought up. It avoids managing the dispersion characteristics of waveguide as well improves the conversion efferency. The effects of FCA loss induced by TPA on the process of automatic QPM has been simulated by using Matlab software. It can be the guidance to design simple and high efferency wavelength convertor based on FWM. Key words: optical engineering; foue-wave-mixing; silicon microring; automatic QPM; wavelength conversion; 0 引言 近些年，基于硅基微环的波长转换器件在大规模集成光子回路具备很好的应用前景，相 关的研究越来越受到人们的关注。非线性光学作用，比如四波混频，在波长转换的应用中需 要足够小的相位失配以保证波长转换的效率。2007 年，Foster 等在色散控制的硅纳米波导中 实现了宽带的相位匹配的波长变换[1]。2010 年，Tuner 等则进一步优化了纳米波导的结构获 得了更好的相位匹配效果[2]。而 Vermeulen 在 2010 年提出一种基于微环的自动准相位匹配 的方法[3]，从而不需要对波导进行色散管理而获得较好的相位匹配。对硅基微环中的自动准 相位匹配的方法进行分析，可以获得更高的四波混频转换效率，并进行了仿真验证，同时仿 真分析了各种损耗作用对转换效率的影响。 1 基本原理 40  1.1  四波混频中的准相位匹配条件 无论在光纤还是在硅波导中，对于四波混频，当相位失配量 作者简介：杨盈家(1986-)，男，硕士研究生，主要研究方向：硅基光子学 通信联系人：徐大雄（1928-），男，教授，主要研究方向：光信息处理，全息光学. E-mail: xudx@bupt.edu.cn -1-  ???? 2k p?? ks?? ki?? 0  (1) 信号光到闲频光的转换效率达到最大，称作完美相位匹配（PPM）过程。 对于准相位匹配（QPM）过程，我们定义一个相干作用长度 45 Lcoh???? /???  (2) 当实际作用长度 L?? Lcoh 时，相位失配量可以容忍[4]，满足这一条件的相位匹配过程称作准 相位匹配过程。如果我们不采取其它实现相位匹配的措施，由于相位失配导致的移相作用， 闲频光的强度会随着传播路径产生从最大到零的振荡。在传统的准相位匹配方法中，我们需 50 要周期性的改变相关传播区域的 Kerr 特性，使闲频光的强度不至于降到零。实现这一过程 通常采用一些异质