CN114280873B - 一种用于提高谐振腔内非线性效应强度的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于提高谐振腔内非线性效应强度的方法，包括下述步骤：通过将第二谐振腔和第二波导耦合获得能通过特定带宽信号光的器件带宽，通过将第二谐振腔和第一谐振腔耦合使得第二波导输入的信号光能耦合到第一谐振腔中并获得谐振，通过将第一波导和第一谐振腔耦合使得从第一波导输入的泵浦光在第一谐振腔内达到临界耦合；从第一波导输入泵浦光使其在第一谐振腔内获得极大谐振增强达到高功率水平；从第二波导输入信号光使其在第一谐振腔内获得谐振增强，保证信号不发生畸变；当信号光与泵浦光在第一谐振腔内发生非线性效应时，第一谐振腔内高功率水平导致腔内非线性效应强度极大提升，非线性效应发生效率大大提高。

Description

一种用于提高谐振腔内非线性效应强度的方法

技术领域

本发明属于光学领域，更具体地，涉及一种用于提高谐振腔内非线性效应强度的方法。

背景技术

谐振腔作为常见的光器件，由于其与生俱来的谐振增强效应，是光电子技术中最重要的器件之一。随着硅基材料、III-V有源材料、以及聚合物材料微环的蓬勃发展，使其在非线性系统、集成系统中表现优良，并在全光缓存、波长转换、参量振荡等全光信号处理中得到广泛的研究。随着大数据时代的到来，通信系统已经提出了低成本、大容量、高速率的发展需求。而谐振腔器件带宽和其非线性效应强度往往存在相互限制，使得高速率、大效率方案极难实现。

2005年，Yamada K和他的团队在《Optics Express》期刊上发表了一篇文章“Four-wave mixing in silicon wire waveguides”，这篇文章证实了可在硅纳米线波导利用基于非线性效应的四波混频(FWM)原理实现全光波长转换。它们使用160mW的连续泵浦光，得到了-10.6dB的转换效率。使用SOI硅基波导结构做非线性效应发生装置虽然结构简单、带宽大，但是通常需要较大的泵浦光功率和较长的作用长度。如此会使得器件在毫米量级，这样十分不利于器件的集成，且效率低下。

2014年，在第四组光子学国际会议时，Strain M J和他的团队发表了一篇文章“Ultra-low power Four Wave Mixing wavelength conversion in silicon micro-ringresonators with tunable Q-factor”，这篇文章提出使用微环谐振腔结构器件做基于非线性效应的全光波长转换器件，如图1所示。并在泵浦光为输入峰值光功率0.78mW的连续光条件下，在一个Q值为10⁵的微环谐振腔中实现了转换效率为-10.9dB的波长转换。

虽然基于微环结构的器件非线性效应强度随着微环Q值的增加而增加，但是微环结构固有的滤波特性则是带宽随着Q值的增加而减小。在实际应用中，输入器件内信号光往往是具有一定带宽的调制信号，并且传输过程中的一些不稳定因素会导致信号光频率发生一定的漂移。因此，基于超高Q值微环结构的非线性系统并不适用于实际高速信号传输系统，只能够进行直流光的波长转换。

2011年，Francesco Morichetti和他的团队在《Nature Communications》期刊上发表了一篇文章“Travelling-wave resonant four-wave mixing breaks the limits ofcavity-enhanced all-optical wavelength conversion”，它们利用八个串联的微环结构实现了带宽为80GHz基于非线性效应的全光波长转换。在输入12dBm功率泵浦光时，得到了-35dB的转换效率。

在它们的实验中，首次提出了使用多个微环的结构来实现大带宽下的高非线性效应强度，其中全光波长转换效率随着器件内非线性效应强度的增加而提高，实验装置的结构如图2所示。它们实验结果表明，器件内总非线性效应强度随着微环个数的增加而提高，但需要保证多个微环的谐振峰对齐。并且由于需要精确控制微环与微环间的光场耦合系数，导致热调谐十分困难。

2016年，在亚洲通信光子学会议上，张敏明和他的团队发表了一篇文章“High-efficiency and Broad-bandwidth All Optical Wavelength Converters Based onParallel-Cascaded Micro-ring Resonators”，这篇文章采用一种基于硅基并联微环结构来实现了基于非线性效应的全光波长转换，如图3所示。在输入10mW泵浦光时，对25GHz带宽信号得到了-35dB的转换效率。对比相同条件的单个微环结构，它们使用的新结构实现了15dB左右的效率提升。

该结构能实现宽、窄带宽交替出现的传输特性，对泵浦光波长能实现窄带宽的谐振波长，对信号光波长实现宽带宽谐振波长，能在保证信号带宽较宽的同时，提高波长转换效率。但该结构由于是3个微环的并联实现，不存在微环间的耦合，微环内的非线性效应强度并未得到较大提升。

从以上几种实现一定器件带宽下非线性效应强度增强的方案看来：

第一种使用的是硅基光波导，在同侧输入泵浦光、信号光，所需的波导器件尺寸较大且输入泵浦光功率很大才能获得稍好非线性强度，不利于集成且效率低下。

第二种使用微环谐振腔，利用波导耦合在同一波导同侧输入泵浦光、信号光，由于谐振腔高非线性效应强度，减低了泵浦光功率需求。但由于微环谐振腔Q值较高，存在信号带宽限制，使用谐振腔做非线性效应发生装置时，需要牺牲系统的大带宽，来换取较好的非线性效应强度。在较高信号调制速率时，非线性效应强度仍很低，实用性能很差，转换优势全无。这个系统存在着非线性效应强度与器件带宽相互矛盾的问题，无法在大带宽下得到高非线性效应强度。

第三种用多微环谐振腔串联，在同一波导同侧输入泵浦光、信号光，实现了器件带宽扩展；但是多微环谐振腔耦合系数的固定对工艺要求极高，且受热效应影响大，难以实用化。用多个器件耦合来提高器件工作长度、非线性效应强度，对工艺要求高，且增强存在局限性。

第四种使用微环谐振腔并联的结构，在同一波导同侧输入泵浦光、信号光，实现了泵浦光、信号光带宽的带宽独立，能在泵浦光较小带宽时实现器件的高带宽；但系统的非线性效应强度不够，导致系统的最终非线性效应发生效率不太高。虽然将泵浦光、信号光的带宽独立开来，但是未改善各自的谐振增强效应。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种提高大器件带宽谐振腔内非线性效应强度的方法，旨在解决现有技术中用谐振腔做非线性效应发生装置时器件内非线性效应强度和器件带宽相互制约的问题。

本发明提供了一种用于提高谐振腔内非线性效应强度的方法，该方法基于第一耦合系统和第二耦合系统实现，第一耦合系统包括第一波导和第一谐振腔，第二耦合系统包括第二波导和第二谐振腔；方法包括下述步骤：

通过将第二谐振腔和第二波导耦合获得能通过待处理带宽信号光的器件带宽，通过将第二谐振腔和第一谐振腔耦合使得第二波导输入的信号光能耦合到第一谐振腔中并获得谐振，通过将第一波导和第一谐振腔耦合使得从第一波导输入的泵浦光在第一谐振腔内达到临界耦合；

从第一波导输入泵浦光使其在第一谐振腔内获得极大谐振增强，获得10dB以上谐振增强效应，使第一谐振腔内功率水平较高；

从第二波导输入信号光使其在第一谐振腔内获得谐振增强，保证信号不发生畸变；

当信号光与泵浦光在第一谐振腔内发生非线性效应时，第一谐振腔内高功率水平导致腔内非线性效应强度将至少提升10dB，具体提升值取决于所选器件，非线性效应发生效率也会得到同等程度提升。

更进一步地，通过将所述第二耦合系统的带宽与待转换信号的带宽设置为相同，使得从第二波导输入的信号能耦合进第二谐振腔中且不发生信号畸变。

更进一步地，第一谐振腔的材料与第二谐振腔的材料相同。

更进一步地，第一谐振腔的半径与第二谐振腔的半径不同。

更进一步地，第一谐振腔的周长为第二谐振腔的周长的整数倍。

更进一步地，第一谐振腔和第二谐振腔的损耗越低越好，第一谐振腔和第二谐振腔所使用的材料损耗为5dB/cm以下。

更进一步地，第一耦合系数小于第二耦合系数和所述第三耦合系数，且第三耦合系数大于第二耦合系数。

更进一步地，信号光所在的谐振峰具有远大于泵浦光所在谐振峰的带宽。

更进一步地，第二波导与所述第二谐振腔的耦合使得输出带宽比待转换信号的带宽大。

通过本发明所构思的以上技术方案，与现有技术相比，具有如下技术优点：

(1)相对于直波导的大带宽非线性效应发生系统而言，本发明使用两个直波导和两个谐振腔进行作用，因为谐振腔内的谐振增强作用，使得系统非线性效应强度比纯粹直波导增强大了很多倍。所需材料长度也大大降低，使得本发明的集成性很好。

(2)相对于单微环谐振腔的非线性效应发生系统而言，本发明使用了两个谐振腔，两个直波导；通过不同波导的输入，实现了泵浦光、信号光的带宽、增强分离，可同时实现泵浦光功率的高谐振增强和大带宽信号光功率的高增强，从而能得到大的器件带宽和器件内极高的非线性效应强度。而单微环系统只能实现小器件带宽的高非线性效应强度或大器件带宽的低非线性效应强度，没有做到器件带宽、器件内非线性效应强度分离的作用。本发明提出的系统打破了带宽和器件内非线性效应强度间的矛盾，使得整个系统的非线性效应效率提升了好几个量级。

(3)相对于多微环串联的结构系统(CROW)而言，本发明采用两个尺寸不同的谐振腔并联耦合和两个波导输入光，不仅使待作用信号的大带宽特性得到保持，更是实现了泵浦光的独立放大，使得整体非线性效率大大提升。而多微环并联结构只是用微环耦合扩展了带宽，并未实现泵浦光、信号光带宽、增强效果分离。同时因为本发明需要耦合的谐振腔数目少，对工艺精度要求大大降低，且热稳定性也大大提升。

(4)相对于多微环并联的结构系统而言，由于微环间间距不同导致的等效布拉格光栅谐振效应，实现了器件带宽展宽的现象。其具体透射谱如图4所示，实现了泵浦光、信号光的带宽分离，但并未对器件内非线性效应强度进行本质改善，即未分离泵浦光、信号光的谐振增强效应。而本发明使用双波导输入和双谐振腔耦合，包含了泵浦光、信号光的带宽、谐振增强效应分离。能在获得大的器件带宽前提下，得到系统内的高非线性效应强度。比多微环并联结构中泵浦光、信号光效果分离的更彻底，且本发明提出结构的效果更优。

附图说明

图1是现有技术提供的单个微环谐振腔耦合波导的结构示意图；

图2是现有技术提供的多个微环谐振腔串联耦合的结构示意图；

图3是现有技术提供的三个微环谐振腔并联耦合的结构示意图；

图4是三个微环谐振腔并联耦合结构的透射谱和单个微环谐振腔耦合波导结构的透射谱对比示意图；

图5是本发明实施例提供的用于提高谐振腔内非线性效应强度的方法的实现流程图；

图6是本发明实施例提供的两个微环谐振腔两个波导耦合的结构示意图；

图7是两个微环谐振腔和两个直波导耦合结构的第一谐振腔内对泵浦光、信号光、转换光各自的场增强谱和相同信号光带宽下单个微环谐振腔耦合波导结构的最优场增强谱对比示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明克服了现有的谐振腔内大器件带宽下非线性效应强度低下的问题，提供了一种有着超高非线性效应效率且适用于实用场景的方法；可以使整个系统性价比更好，尺寸更小，适用范围更广。

本发明对系统的非线性效应，将输入的泵浦光和信号光分离开来，实现了对其带宽分离和谐振增强效果分离。本发明提供的用于提高谐振腔内非线性效应强度的方法不仅可以应用于波长转换方面来提升带宽-转换效率积，还可以应用于所有存在带宽-转换效率积矛盾的非线性问题上。

为达到这样的效果，一般可使用两个不同的谐振腔相互耦合后再用两个波导对两谐振腔分别耦合。利用环的相互耦合和不同波导对各环的耦合带来的效果，在不同波导输入泵浦光、信号光，便能对其实现带宽分离和增强效应分离作用，达到器件大带宽同时、高非线性效应强度的保证。

本发明提出的方案能使系统保持大器件带宽同时获得极强的器件内非线性效应强度，以实现高的非线性效应发生效率。本发明提供的方法需要满足如下条件(1)对泵浦光，能实现谐振腔内的谐振增强效应越大越好；(2)对信号光，能实现在大带宽条件下的最大场增强。

为了满足上述条件，可以使用两个谐振腔和两个直波导耦合的系统来实现；对该系统的结构有如下具体要求：(1)两谐振腔的尺寸不同，其中一个谐振腔周长最好为另一谐振腔周长的整数倍；与此同时两谐振腔的损耗越低越好。(2)其中与小尺寸谐振腔耦合的波导与谐振腔间耦合要保证最后输出带宽比预期转换信号带宽大。(3)两谐振腔相互之间的耦合要能保证两环耦合处的谐振峰产生轻微的模式劈裂。(4)其中与大尺寸谐振腔耦合的波导与谐振腔间耦合要保证达到临界耦合。(5)泵浦光从和第一谐振腔耦合波导一侧输入，使其达到临界耦合，在谐振腔内谐振效应达到最强。(6)表征系统带宽的信号光从和第二谐振腔耦合波导的同侧输入，使其能获得大带宽，同保证该带宽下最大的场增强效应。

如图5所示，本发明提供了一种用于提高大器件带宽谐振腔内非线性效应强度的方法，该方法基于第一耦合系统和第二耦合系统来实现，其中第一耦合系统包括相互耦合的第一波导和第一谐振腔，第二耦合系统包括相互耦合的第二波导和第二谐振腔；第一谐振腔和第二谐振腔耦合；方法包括下述步骤：

(1)通过将第二谐振腔和第二波导耦合获得能通过待处理带宽信号光的器件带宽；通过将第二谐振腔和第一谐振腔耦合使得第二波导输入的信号光能耦合到第一谐振腔中并获得谐振；通过将第一波导和第一谐振腔耦合使得从第一波导输入的泵浦光在第一谐振腔内达到临界耦合；

(2)从第一波导输入泵浦光使其在第一谐振腔内获得极大谐振增强，达到高功率水平；

(3)从第二波导输入信号光使其在第一谐振腔内获得谐振增强，保证信号不发生畸变；

(4)当信号光与所述泵浦光在第一谐振腔内发生非线性效应时，所述第一谐振腔内高功率水平导致腔内非线性效应强度极大提升，非线性效应发生效率大大提高。

其中，第二谐振腔和第一谐振腔的耦合维持了器件的大带宽，器件的大带宽使其内信号不发生畸变；由此获得器件的大带宽下，系统内非线性效应强度的大大提升。

在本发明实施例中，通过将第二耦合系统的带宽与待转换信号的带宽设置为相同，从而保证从第二波导输入的信号能耦合进第二谐振腔且不发生信号畸变。

第一谐振腔的材料与第二谐振腔的材料相同，且第一谐振腔的周长为第二谐振腔的周长的整数倍。将第一耦合系统与第二耦合系统内两谐振腔进行耦合，使得从第二波导输入的信号光能耦合到第一谐振腔，并能在第一谐振腔内获得谐振增强且不发生信号畸变。

通过调控第一波导和第一谐振腔的耦合，使它们达到临界耦合。即从第一波导输入的泵浦光能完全耦合进第一谐振腔，在第一波导输出端收集不到泵浦光。

工作时，从第一波导输入泵浦光使其在第一谐振腔内获得极大谐振增强效应，保证第一谐振腔内的高功率水平。和其他系统相比，在本发明中对泵浦光只需保证最大谐振增强效应，而不受带宽要求限制；这样能最大程度上利用谐振腔的谐振增强效应，大大降低获得谐振腔内高水平功率所需的泵浦功耗。

从第二波导输入信号光使其耦合到第一谐振腔内获得谐振增强，并与第一谐振腔内高功率的泵浦光发生非线性效应。因为第一谐振腔内泵浦光的高功率水平，使其中非线性效应强度大大提升，非线性效应发生效率便得到了极大提高。与此同时，第二波导和第二谐振腔的耦合还保证了器件对信号光的大带宽特性，使其能在谐振腔内谐振，并不会产生信号的畸变；两个谐振腔间的耦合还能扩大信号光的传输带宽。这样利用两个波导与谐振腔间各自不同耦合所带来的带宽分离效果，能使系统同时获得大的器件带宽和极高的腔内非线性效应强度。而现有技术总是把泵浦光、信号光混合一致考虑，以牺牲带宽前提来实现高非线性效应强度或者是提高工艺要求、通过多谐振腔耦合，来提升带宽、非线性效应强度。但本专利提出的泵浦光、信号光分离优化谐振增强效应，能在大带宽信号下获得极高的非线性效应强度，并且在同等器件带宽下非线性效应发生效率更高。

在实现该系统结构后，便能实现本发明提出的泵浦光、信号光的带宽、增强效应同时分离作用，使其同时达到最大，便会得到高的非线性效应作用强度和大的器件带宽，实现理想的非线性效应发生需求。

对按照上述方法提出的系统结构，从与大尺寸谐振腔耦合的直波导一侧输入能在大谐振腔内谐振的泵浦光，由于两谐振腔尺寸不一样，泵浦光只能在大谐振腔内谐振。因为该直波导达到了临界耦合，使得泵浦光全部耦合到大谐振腔内，在大谐振腔内得到极大谐振增强。使得大谐振腔内功率水平很高。实现了泵浦光的带宽、增强效应独立。

与此同时，在与小尺寸谐振腔耦合的直波导同侧输入能在大、小谐振腔内谐振的信号光。由于大小谐振腔的耦合，它们间存在相互耦合的谐振峰，选用该峰处波长信号光，便能达到在两谐振腔内均能谐振的效果。由于输入信号光波导的耦合，使得信号光能保证在一定带宽内在系统内进行作用。由于在两环内谐振，使得信号光也有着很强的增强效应，由此实现信号光的带宽、增强效应独立。

由于信号光能在大谐振腔内进行谐振，导致大谐振腔内存在泵浦光、信号光，且由于大谐振腔的高功率水平，使得系统内非线性效应强度很高，从而得到了极高的非线性效应发生效率。

本发明提出的方案提高了大器件带宽谐振腔内非线性效应强度，做到了泵浦光、信号光的带宽、场强增强同时分离作用，有着优异的非线性效应发生效率，而且设计起来也十分方便。

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。为详细说明发明特性，此处选用微环谐振腔做基于非线性效应中四波混频效应的全光波长转换实例分析。四波混频效应是非常常见的一种非线性效应，其在全光波长转换中有着广泛的应用。以此为例，能很好体现我们提出方案能实现大器件带宽谐振腔内非线性效应强度的提高。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图6所示，使用两个损耗系数为3dB/cm，半径不一的两个微环谐振腔相互耦合。由于微环谐振波长满足方程：

第m阶谐振波长由材料由效折射率n_eff和微环谐振腔长度L决定，图中两环有周长分别表示为L1、L2，通过选择材料和半径使其中有一个对准的谐振峰，在该谐振峰处双环达到很好的耦合。一般可选用两材料相同、半径不一的微环，使其在泵浦光波长处均为谐振波长。例如对n_eff＝2.1003的材料，L1＝600um，L2＝200um的两环，1550nm处均为它们的谐振波长。同时由于微环半径不一，其自由光谱范围(FSR)不一，存在着一些未对准的谐振峰，此时它们未耦合，互相影响极小，如图7中间峰所示。通过使输入泵浦光波导达到临界耦合，便可使环内场增强效应非常大，使得整体功率水平提高。

由于双环的耦合，会导致在对准处的谐振峰有着很大的带宽，如图7左右两峰所示。

再通过外加直波导进行侧面耦合，与第一谐振腔耦合的波导中输入泵浦光，与第二谐振腔耦合的波导中输入信号光。第一谐振腔与波导耦合系数为k1，传输系数为r1，第二谐振腔与第一谐振腔耦合系数为k2，传输系数为r2，第二谐振腔与波导耦合系数为k3，传输系数为r3；第一谐振腔的环程透过系数为a₁，第二谐振腔的环程透过系数为a₂，环的环程透过系数a决定了其损耗大小：a＝exp(-αL/2)；其中α为微环中的光场传输损耗系数，包括弯曲损耗，散射损耗等等，环的环程透过系数a与微环周长和光场传输损耗系数α有关。

输入泵浦光波长为第一谐振腔谐振波长，但非第二谐振腔谐振波长，一般可为1550nm；输入信号光波长要在双环耦合的谐振波长处。信号光波长与泵浦光波长间隔为第一谐振腔波长FSR整数倍；输入泵浦光功率一般不会过高，一般在50mW以下，信号光功率为泵浦光功率1％以下。

因为系统进行全光波长转换是由于微环内的三阶非线性效应——四波混频现象导致。在同时输入泵浦光和信号光时，由于系统内增强导致的高功率，使得四波混频现象显著发生，得到转换光。生成转换光与系统内功率有关，对微环系统全光波长转换效率有公式：

P为泵浦光功率，γ为材料非线性系数，L_eff为微环有效长度，F_p，F_s，F_i分别为系统对泵浦光、信号光、转换光的强度增益因子。

对单微环系统，有：

所以系统对泵浦光、信号光、转换光增益一致且有限。

对双微环系统，有：

系统对泵浦光处增强有着独特的增强，可以预见的是，当：/>

时，F_p能取得最大值，及泵浦光达到了临界耦合，而与此同时，由于泵浦光从另一波导输入，能保证高带宽。所以与相同单环系统相比双环系统的泵浦光处得到了极大的增强。

在设计好相应参数，使系统满足

此时整个系统的转换效率达到最大值，相比单环系统可增强好几个数量级，所以在经过耦合的双环器件后，会得到转化效率极高的转换光。值得注意的是，选用两微环的损耗越低越好，及在工艺允许范围内得到更高Q值的环，系统会得到更强的全光波长转换效率。

在实际应用中，两个微环的损耗一般都能做到3dB/cm的波导损耗。

上述系统的一组具体参数值由下表1给出：

表1

输入泵浦光波长在第一谐振腔能产生谐振，但不会在第二谐振腔内谐振；输入的信号光波长在第一谐振腔和第二谐振腔内均能谐振。此时，由于和两微环耦合的波导耦合系数不同，且泵浦光、信号光分别从两波导输入。

这样能带来的好处是，将泵浦光和信号光分离开，对泵浦光保证极强的增强效应，对信号光能保证很大的带宽和该带宽下最强的增强效应。做到了对泵浦光、信号光带宽、场增强的完全分离与独立，各自实现所需的最大化。

由此可在得到很好全光波长转换效率前提下，同时保证转换信号光的调制速率。还可通过设计双谐振腔的损耗系数和尺寸大小，以及它们之间的耦合系数，来实现特定波长、特定带宽信号光上的全光波长转换。

对于微环的选取，本发明的结构适用于极大数微环结构，如基于SOI芯片制作的Si基微环、Si₃N₄微环、光子晶体微环以及陶瓷烧结而成的SiO₂微环均可。

由此，本发明可以通过这样的两个微环谐振腔和两个直波导相互耦合结构来实现本发明提出的全光波长转换中泵浦光、信号光带宽、场增强的完全分离与独立，实现各自所需的最大化。便能大大提高全光波长转换效率。本发明进一步实现了大器件带宽谐振腔内非线性效应强度的提高。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种用于提高谐振腔内非线性效应强度的方法，该方法基于第一耦合系统和第二耦合系统实现，第一耦合系统包括第一波导和第一谐振腔，第二耦合系统包括第二波导和第二谐振腔；其特征在于，所述方法包括下述步骤：

通过将第二谐振腔和第二波导耦合获得能通过待处理带宽信号光的器件带宽，通过将第二谐振腔和第一谐振腔耦合使得第二波导输入的信号光能耦合到第一谐振腔中并获得谐振，通过将第一波导和第一谐振腔耦合使得从第一波导输入的泵浦光在第一谐振腔内达到临界耦合；

从第一波导输入泵浦光使其在第一谐振腔内获得极大谐振增强，获得10dB以上谐振增强效应，使第一谐振腔内功率水平较高；

从第二波导输入信号光使其在第一谐振腔内获得谐振增强，保证信号不发生畸变；

当所述信号光与所述泵浦光在第一谐振腔内发生非线性效应时，所述第一谐振腔内高功率水平导致腔内非线性效应强度将至少提升10dB，具体提升值取决于所选器件，非线性效应发生效率也会得到同等程度提升。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，通过将所述第二耦合系统的带宽与待转换信号的带宽设置为相同，使得从第二波导输入的信号能耦合进第二谐振腔中且不发生信号畸变。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一谐振腔的材料与所述第二谐振腔的材料相同。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一谐振腔的半径与所述第二谐振腔的半径不同。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述第一谐振腔的周长为所述第二谐振腔的周长的整数倍。

6.如权利要求1-5任一项所述的方法，其特征在于，所述第一谐振腔和所述第二谐振腔的损耗越低越好，所述第一谐振腔和所述第二谐振腔所使用的材料损耗为5dB/cm以下。

7.如权利要求1-5任一项所述的方法，其特征在于，所述第一谐振腔与第一波导耦合的第一耦合系数小于所述第二谐振腔与所述第一谐振腔耦合的第二耦合系数和所述第二谐振腔与第二波导耦合的第三耦合系数，且所述第三耦合系数大于所述第二耦合系数。

8.如权利要求1-5任一项所述的方法，其特征在于，所述信号光所在的谐振峰具有远大于泵浦光所在谐振峰的带宽。

9.如权利要求1-5任一项所述的方法，其特征在于，所述第二波导与所述第二谐振腔的耦合使得输出带宽比待转换信号的带宽大。

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