CN115268162B - 一种非线性光学器件 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种非线性光学器件，包括：两个耦合系统，调控两个耦合系统之间的耦合系数，使得泵浦光在第二耦合系统内达到最大的谐振增强。工作时，从直波导输入泵浦光经过第一耦合系统耦合进入第二耦合系统，在第二耦合系统内获得极大的谐振增强，确保第二耦合系统处于一个高的能量状态。对于从直波导同一端输入的信号光，通过第一和第二耦合系统之间的耦合进入第二耦合系统的谐振腔内，在其中获得谐振增强。系统主要在第二耦合系统的谐振腔内发生非线性效应，因为在第二耦合系统的谐振腔内，泵浦光处于极大的谐振增强，整个谐振腔处于很高的能量状态，发生在其中的非线性效应强度将得到极大的提升，非线性效应的发生效率同样也将获得极大的提升。

Description

一种非线性光学器件

技术领域

本发明属于光学器件领域，更具体地，涉及一种非线性光学器件。

背景技术

人类进入信息时代后，对通信速度和容量的要求呈指数性增长，光纤由于其成本低，损耗小，容量大等优点已经被广泛的应用于通信主干网络中。近些年来，伴随着物联网，云服务等概念的提出和实施，对通信速度和容量提出了更高的需求。为了满足日益增长的通信传输速度，波分复用(Wavelength Division Multiplexing，WDM)、光时分复用(Optical Time Division Multiplexing，OTDM)和模分复用(Mode DivisionMultiplexing，MDM)技术相继被提出，光纤通信系统的速度和容量得到了很大提升，而目前基于数字电子交换技术的通信系统已逼近电子器件的处理极限，光-电-光技术带来的通信瓶颈严重制约通信系统的发展。全光通信网络，数据的传输、交换和处理都是在光域进行，避免了光-电-光模式带来的电子瓶颈，从而受到了越来越多的关注。另一方面，由于半导体加工工艺的发展和成熟，集成光学器件具有尺寸小、成本低、带宽大、稳定性好等特点，光电子技术正向光电子集成方向发展。将光电子集成常用的微纳光学波导和非线性光学结合起来，更是在全光通信网络方面，展现出了独特的优势。利用微纳波导中的光学非线性效应，可以实现信号的放大、波长转换等功能。

2003年R.Claps等首次在实验中证实了可以利用硅波导中的受激拉曼散射现象实现光放大和激光器。2005年R.Jones等实现了增益为3dB的连续光拉曼放大。

2005年H.Fukuda等人证实利用四波混频(Four-Wave Mixing，FWM)过程可以在硅波导中实现高速全光波长转换，而且可以通过设计环形谐振腔来提高波长转换效率。随后Yamada等人为了提高效率，采用了带有模斑转换器的硅波导进行波长转换，转环效率提高到了-10.6dB。使用SOI硅基波导结构的全光波长转换器虽然结构简单，但是通常需要较大的泵浦光功率和较长的作用长度，使得器件在毫米量级，这样十分不利于器件的集成，也不满足低功耗的要求。

2007年P.Del’Hayel等利用Q值高达10⁸的微环中的谐振增强效应实现了光参量振荡。之后Cornell大学的Lipson课题组为了进一步提高FWM的转换效率并且降低泵浦功率，引入了高Q值的微环，利用Si3N4微环实现了只需要几mW的超低输入功率的高效率的参量振荡。而Alessia Pasquazi等利用微环四波混频效应如图1所示，有效地实现了2.5Gbit/s波长转换。

2015年F.Morichetti等人利用八环耦合腔光波导中的行波谐振四波混频，如图2所示，实现了在80GHz带宽和12dBm泵浦注入条件下，相比与单个微环效率提高16dB的波长转换，但是这种结构对相邻两环之间的耦合系数很敏感，所以引入了八个加热器控制耦合系数，增加了系统的复杂度。

2018年M.Zhang等人使用并联微环谐振腔结构如图3所示，在25GHz带宽和10dBm泵浦注入条件下，实现了相比单环结构效率高15dB的波长转换。该结构能实现宽、窄带宽交替出现的传输特性如图4所示，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。

从现有的技术来看：

1.使用硅基光波导实现非线性效应，带宽取决于材料，无其他限制，但需要很大的器件尺寸和输入功率。因此，其不但效率低下，而且不利于集成。

2.使用谐振腔实现非线性效应，很好的利用了谐振腔的谐振增强效应，降低了所需的输入功率，提高了非线性效应的发生效率。为了较为明显的提高非线性效应的发生效率，就需要使用高Q值的谐振腔，但高Q值谐振腔中存在严重的带宽限制，因此其实用性不强。

3.使用多谐振腔串联实现非线性效应，在保证非线性效应发生效率的情况下，对器件带宽实现了很大的展宽。但对于多谐振腔串联结构，对于参数的灵敏度过高，因此对加工工艺有着极高的要求，除此以外，其热稳定性很差。

4.使用谐振腔并联结构实现非线性效应，能够实现器件的大带宽，但系统的非线性效应的发生效率并不太高，且存在一个明显的带宽上限。

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非线性光学器件，旨在解决现有技术中使用谐振腔做非线性效应发生装置时非线性效率和器件带宽之间制约的问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种非线性光学器件，包括：第一耦合系统和第二耦合系统；

所述第一耦合系统包括：一根直波导和至少一个第一微环谐振腔；

所述第二耦合系统包括：一个第二微环谐振腔；所述第二微环谐振腔的周长是第一微环谐振腔周长的N倍，N为整数且N大于1；

所述直波导传输的光信号与所述至少一个第一微环谐振腔中的第一个第一微环谐振腔耦合，当所述至少一个第一微环谐振腔包括两个或两个以上的第一微环谐振腔时，每一个第一微环谐振腔仅与上一个第一微环谐振腔传输的光信号发生耦合；所述耦合为前一个部件传输的光信号耦合传输到下一个部件；

最后一个第一微环谐振腔传输的光信号与所述第二微环谐振腔耦合，经所述第二微环谐振腔传输后输出；所述光信号包括泵浦光和信号光；

控制第一耦合系统和第二耦合系统的参数，使得所述光学器件处于过耦合靠近临界耦合状态；所述临界耦合状态为泵浦光经所述直波导的一端入射后，不从直波导的另一端出射，全部留在第一微环谐振腔和第二微环谐振腔内；当所述光学器件处于临界耦合状态时，第二耦合系统在自身谐振频率处为第一耦合系统引入π相移，泵浦光在第一谐振系统发生微弱谐振，经过第二耦合系统谐振增强；

控制第一微环谐振腔数目和光学器件的过耦合程度使得第一耦合系统的带宽大于入射的信号光的带宽，防止信号光在第一耦合系统畸变；所述第二微环谐振腔的周长是第一微环谐振腔周长的N倍，使得第一耦合系统和第二耦合系统存在若干个相同的谐振频率，在相同的谐振频率处光学器件处于过耦合靠近临界耦合状态，信号光在第二耦合系统谐振峰处产生轻微频率劈裂，使得第二耦合系统谐振峰的半高全宽增宽，信号光无畸变进入第二耦合系统；所述泵浦光和信号光在第二耦合系统发生非线性效应。

在一个可选的示例中，所述信号光的中心波长在第二耦合系统中所对应的谐振峰的带宽大于泵浦光中心波长在第二耦合系统中所对应的谐振峰的带宽。

在一个可选的示例中，所述第一微环谐振腔和第二微环谐振腔的材料相同。

在一个可选的示例中，所述第一微环谐振腔和第二微环谐振腔的损耗均在5dB/cm以下。

在一个可选的示例中，所述泵浦光和信号光均在第二耦合系统中获得相对较高的谐振增强，使得第二耦合系统处于相对较高的能量状态，进而第二耦合系统内的非线性效应的强度和发生效率相对提升。

在一个可选的示例中，所述第二微环谐振腔的周长是第一微环谐振腔周长的N倍；使得第一微环谐振腔自由光谱范围为第二微环谐振腔自由光谱范围的N倍，第一微环谐振腔的一系列谐振频率也是第二微环谐振腔的谐振频率，第一耦合系统和第二耦合系统耦合之后，在相同谐振频率处将发生谐振峰的劈裂，增大了在相同谐振频率处的谐振峰的带宽；

由于第二微环谐振腔的周长是第一微环谐振腔周长的N倍，故对于第二微环谐振腔在第一微环谐振腔的两个谐振频率之间还存在N-1个谐振频率，第一耦合系统和第二耦合系统耦合之后将使得第一微环谐振腔的两个谐振频率之间产生N-1个小峰，第二微环谐振腔再提供一个谐振增强作用，在这些N-1个小峰对应的谐振频率处可以实现高的谐振增强效应。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：

本发明提供了一种非线性光学器件，由于本发明使用了微环谐振腔，因为谐振腔的谐振增强作用，对比直波导，非线性效应效率提高了很多倍，所需要的波导尺寸大大减小，极大的方便了集成的需求。与单微环系统相比，本发明使用了多个微环，且通过设置微环谐振腔周长之间的倍数关系，可同时实现泵浦光极大的谐振增强和高速大带宽信号光的较高谐振增强，在相同带宽条件下，本发明的非线性效率比单环系统提高了好几个量级。本发明还具有很高的灵活程度，可以根据实际应用的要求灵活选择。本发明对系统参数误差的容忍度较好，相对于多微环串联的结构系统(CROW)，对工艺精度的要求大大降低，且具有很好的热稳定性。除此之外，相对于多微环并联的结构系统而言，本发明泵浦光的谐振增强和信号光的带宽调控分离的更加彻底，在保证相同的转换效率的前提下，本发明提供了比多微环并联的结构系统更高的带宽上限。

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是本发明提出的实现用于高速低功耗非线性器件的方法的结构示意图；

图7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8是本发明实施例提供的对泵浦光、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用以解释本发明，并不用于限定本发明。

针对现有技术缺陷，本发明的目的在于提供一种设计高速低功耗的非线性器件的方法，旨在解决现有技术中使用谐振腔做非线性效应发生装置时非线性效率和器件带宽之间的制约问题。

本发明提供了一种设计高速低功耗的非线性器件的方法，该方法基于微环谐振腔耦合实现。整个系统可以分为两个部分，第一耦合系统包括一根直波导和若干个相同小尺寸微环谐振腔，第二耦合系统只包括一个尺寸较大的微环谐振腔。此方法所设计的非线性光学器件结构如下：

第一耦合系统利用直波导与微环之间的耦合和若干微环之间的耦合为系统提供了一个允许信号无畸变通过的器件带宽。通过第一耦合系统和第二耦合系统之间的耦合，第一耦合系统中的信号光耦合进第二耦合系统的大尺寸微环谐振腔，在其中获得一定的谐振增强。同时，利用第一耦合系统和第二耦合系统之间的耦合，泵浦光在第二耦合系统的微环谐振腔内得到最大的谐振增强。

从直波导输入泵浦光使其在第二耦合系统的谐振腔内得到极大的谐振增强，获得10dB以上的谐振增强效果，使这个谐振腔处于高的能量状态下。

从直波导相同一端输入信号光，使其在第二耦合系统的谐振腔内获得谐振增强，同时保证信号不发生畸变。

信号光和泵浦光主要在第二耦合系统的大尺寸谐振腔内发生非线性效应。第二耦合系统的谐振腔由于其处于高能量状态，发生在其中的非线性效应的强度将至少提升10dB，具体的提升值取决与所设计的器件，非线性效应的发生效率也将获得同等程度的提升。

更进一步地，将第一耦合系统的带宽设置为略大于信号带宽，使得从直波导输入的信号光无畸变的耦合进第二耦合系统发生非线性效应的大尺寸谐振腔内。

更进一步地，所有谐振腔的材料相同。所有谐振腔的损耗越低越好，谐振腔所使用的材料损耗为5dB/cm以下。

更进一步地，第二耦合系统的谐振腔的周长为第一耦合系统的小尺寸谐振腔周长的整数倍。

更进一步的，信号光的中心波长在第二耦合系统中所对应的谐振峰的带宽大于泵浦光中心波长在第二耦合系统中所对应的谐振峰的带宽。

本发明克服了现有谐振腔在大器件带宽条件下，非线性转换效率低下的问题，提供了一种适用与高速大带宽信号的超高非线性效应效率的方法，为将谐振腔用作非线性效应发生装置提供了更加广阔的思路。

本发明对于系统的非线性响应，将输入泵浦光和信号光的调控分离开来，实现了对其带宽分离和谐振增强效果分离。本发明适用于所有存在带宽-转换效率积矛盾的非线性问题上。

具体的，本发明利用直波导与微环的耦合和微环之间的耦合，提供了一种提高非线性效率的方法。该方法通过波导与环之间的耦合以及环与环之间的耦合，对于从直波导的同一端口输入的信号光和泵浦光实现了带宽分离和非线性强度分离。

本发明提供的非线性光学器件需要满足如下条件(1)对于泵浦光，第二耦合系统的谐振腔内的谐振增强应该越大越好；(2)对于信号光，能在保证带宽的条件下，提供尽可能大的谐振增强。

本发明通过如下设计满足上述要求：(1)第二耦合系统中尺寸较大的微环谐振腔的周长应为第一耦合系统中小尺寸微环谐振腔周长的N倍，N为大于1的整数且所有的微环谐振腔的损耗越小越好；第一耦合系统中微环的自由光谱范围为第二耦合系统中微环的自由光谱范围的N倍，第一耦合系统中的微环的一系列谐振频率也是第二谐振系统中微环的谐振频率，两个系统耦合之后，在这些谐振频率处将发生谐振峰的劈裂，增大了在这些频率处的谐振峰的带宽。第二耦合系统中的微环由于尺寸是第一耦合系统中微环尺寸的N倍，故对于第二耦合系统的微环在第一耦合系统中微环的两个谐振频率之间还存在N-1个谐振频率，两者耦合之后将使得第一耦合系统中微环的两个谐振频率之间产生N-1个小峰，第二耦合系统中的微环再提供一个谐振增强作用，在这些谐振频率处于是可以实现高的谐振增强效应。(2)对于泵浦光，通过两部分之间的耦合在第二耦合系统的谐振腔内达到最大的谐振增强；(3)对于信号光，系统的第一耦合系统应该提供一个大于信号光预期带宽的器件带宽，防止信号畸变；(4)第一耦合系统和第二耦合系统之间的耦合，产生频率劈裂，信号光无畸变进入第二耦合系统的微环中。

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。方法包括如下步骤：

(1)通过第一耦合系统中直波导与环的耦合以及环与环之间的耦合获得能通过待处理宽带信号的带宽；通过第一耦合系统和第二耦合系统之间的耦合，信号光耦合经第二耦合系统的谐振腔内，获得一定的谐振增强；同时泵浦光也从第一耦合系统中耦合进入第二耦合系统的谐振腔内，获得最大的谐振增强。

(2)泵浦光在第二耦合系统的谐振腔内获得了极大的增腔，整个谐振腔处于一个高能量状态。

(3)信号光通过直波导进入了器件，在第二耦合系统中获得了一定的谐振增强，同时大的器件带宽，保证信号不发生畸变。

(4)信号光和泵浦光主要在第二耦合系统中发生非线性效应，根据上述内容，由于第二耦合系统处于一个高的能量状态，腔内的非线性效应强度大大提升，非线性效应的发生效率也将获得同样的提升。

在本发明实例中，所有谐振腔的材料均相同，且第二耦合系统中的微环周长为第一耦合系统中微环周长的整数倍。将第一耦合系统和第二耦合系统耦合，使得信号光能够耦合进入第二耦合系统并且在其中获得一定的谐振增强。同时利用两个耦合系统耦合产生的频率劈裂，扩展第二耦合系统的带宽，使得信号光在第二耦合系统中不发生畸变。

调控两个耦合系统之间的耦合系数，使得泵浦光在第二耦合系统内达到最大的谐振增强。工作时，从直波导输入泵浦光经过第一耦合系统耦合进入第二耦合系统，在第二耦合系统内获得极大的谐振增强，确保第二耦合系统处于一个高的能量状态。对于从直波导同一端输入的信号光，通过第一和第二耦合系统之间的耦合进入第二耦合系统的谐振腔内，在其中获得谐振增强。整个系统主要在第二耦合系统的谐振腔内发生非线性效应，因为在第二耦合系统的谐振腔内，泵浦光处于极大的谐振增强，整个谐振腔处于一个很高的能量状态，发生在其中的非线性效应强度将得到极大的提升，非线性效应的发生效率同样也将获得极大的提升。

在本发明中，对于泵浦光只需要保证其在第二耦合系统中的最大谐振增强，而不需要考虑泵浦光所在频段的带宽，最大程度的利用了谐振腔的谐振增强作用，大大降低了整个系统发生非线性效应时所需的泵浦功率阈值。

在本发明中，对于信号光第一耦合系统提供了大于信号光预期带宽的器件带宽，同时第一和第二耦合系统之间的耦合，提供了轻微的频率分裂，信号光可以无畸变的进入第二耦合系统的谐振腔内，保证了器件适用于高速大带宽信号的非线性效应。

在本发明中，第一耦合系统中的谐振腔可根据实际应用的需求灵活增减。

对于本发明提出的结构，第二耦合系统中的微环周长为第一耦合系统中微环周长的整数倍，泵浦光波长应满足在第二耦合系统内谐振，在第一耦合系统的谐振腔内不谐振；信号光波长应满足在第一和第二耦合系统的微环内都谐振。因此，本发明在实际应用时，需要根据应用条件选择合适的谐振腔周长。

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。

如图6所示，本发明由第一耦合系统和第二耦合系统组成，第一耦合系统包含一根直波导和若干个小尺寸微环谐振腔，谐振腔的数目由具体应用的要求决定。一般的，谐振腔数目越多，器件带宽越大。第二耦合系统只包含一个大尺寸微环谐振腔。本发明中的谐振腔无具体形式要求，第一耦合系统中谐振腔的自由光谱范围应为第二耦合系统中谐振腔自由光谱范围的整数倍，各谐振腔之间的耦合系数的选择应满足在信号频率处提供频率的轻微劈裂，在泵浦频率处尽可能靠近临界耦合条件，具体的环与环之间的耦合光场传输系数应稍小于下一级微环的环程透过系数，所有的耦合区均处于过耦合条件下。使用如光子晶体腔等其他形式的谐振腔代替微环谐振腔的设计也应纳入本发明的保护范围。

为了更加清楚和简单的展示本发明性能的优秀，具体实施例选择第一耦合系统中的微环谐振腔数目为1(图7)。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7所示，使用两个尺寸不同单位损耗均为3dB/cm的微环谐振腔构建本发明实施实例。对于周长为L，材料有效折射率为n_eff的微环谐振腔，其m阶谐振波长满足：

图中两环的周长分别表示为L1、L2，对于同种材料制成的微环谐振腔，为了确保泵浦光只在大尺寸谐振腔内谐振，信号光在大尺寸和小尺寸谐振腔内都谐振，大尺寸谐振腔的周长L2应为小尺寸谐振腔周长L1的整数倍。

对于本发明的实例，选用了n_eff＝3.4764的材料制备两个周长分别为L1＝94.3um，L2＝188.6um的两个微环，1550nm处只为大尺寸微环的谐振波长，此时在第二耦合系统的微环内，1550nm处呈现出极大的谐振增强，泵浦光选在此波长处，第二耦合系统中的微环将处于极高的能量状态。对于同时满足小尺寸和大尺寸微环谐振条件的波长，由于第一耦合系统和第二耦合系统耦合发生频率劈裂，在此波长谐振峰有很大的带宽，处于该波长的信号光，将能无畸变的耦合进入第二耦合系统的微环中，同时获得较大的谐振增强。

现对图7所示的符号进行说明，直波导与小尺寸微环的耦合系数为k₁，传输系数为r₁，小尺寸微环与大尺寸微环的耦合系数为k₂，传输系数为r₂；小尺寸振腔的环程透过系数为a₁，大尺寸谐振腔的环程透过系数为a₂，环程透过系数由损耗系数α决定(包括了材料损耗、弯曲损耗、散射损耗等)：a＝exp(-αL/2)。

对于本实例演示的基于四波混频的全光转换应用，转换光生成效率有：

其中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分别为第二耦合系统对泵浦光、信号光、转换光的强度增益因子。

对于本发明实例所演示的系统，相比单环系统本发明结构在保证信号带宽的同时，大大提高了泵浦光的强度增强，从而可以获得极大的效率提升。

本发明实施实例的一组具体参数如下表1给出：

表1

输入的1550nm的泵浦光只在第二耦合系统的大尺寸谐振腔内发生谐振，输入的信号光在大尺寸和小尺寸谐振腔内均能谐振。通过设定好的第一和第二耦合系统之间的耦合系数，泵浦光在第二系统内获得了极大的谐振增强；同时在信号光处，发生了谐振峰劈裂增宽了第二耦合系统的谐振峰宽度，信号光可以无畸变的进入第二耦合系统，并在其中获得谐振增强。由此实现了在保证器件带宽的条件下极大提高了非线性效率。

本发明第一耦合系统中的微环数量并不局限于1个，可以根据具体应用的要求灵活增加，一般的要求的器件带宽越大，第一耦合系统中所需的微环数量越多。

图8是本发明实施例提供的对泵浦光、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。如图8所示，波长为1550nm的泵浦光在第二耦合系统中可以获得相比泵浦光输入功率约17dB(50倍)的增强，而对于波长中心位于1546.3nm处的信号光，允许最大88GHz带宽的信号无畸变的进入系统，同时在第二耦合系统中可以获得相比输入信号光功率约7dB(5倍)的增强，最终在第二耦合系统内利用四波混频的波长转换将在1553.7nm处生成与信号光携带相同信息的闲频光，非线性效应的转换效率将达到-3.21dB，对比常用的单微环系统88GHz带宽下的-24.46dB的转换效率提高了21.25dB(约133倍)。

本发明在说明过程中使用了微环谐振腔，但本发明并不限定谐振腔的类型，换用其它类型谐振腔也应处于本发明的保护范围。

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 (6)

1.一种非线性光学器件，其特征在于，包括：第一耦合系统和第二耦合系统；

所述第一耦合系统包括：一根直波导和至少一个第一微环谐振腔；

所述第二耦合系统只包括：一个第二微环谐振腔；所述第二微环谐振腔的周长是第一微环谐振腔周长的N倍，N为整数且N大于1；

所述直波导传输的光信号与所述至少一个第一微环谐振腔中的第一个第一微环谐振腔耦合，当所述至少一个第一微环谐振腔包括两个或两个以上的第一微环谐振腔时，每一个第一微环谐振腔仅与上一个第一微环谐振腔传输的光信号发生耦合；所述耦合为前一个部件传输的光信号耦合传输到下一个部件；

最后一个第一微环谐振腔传输的光信号与所述第二微环谐振腔耦合，经所述第二微环谐振腔传输后输出；所述光信号包括泵浦光和信号光；

控制第一耦合系统和第二耦合系统的参数，使得所述光学器件处于过耦合靠近临界耦合状态；所述临界耦合状态为泵浦光经所述直波导的一端入射后，不从直波导的另一端出射，全部留在第一微环谐振腔和第二微环谐振腔内；当所述光学器件处于过耦合靠近临界耦合状态时，第二耦合系统在自身谐振频率处为第一耦合系统引入π相移，泵浦光在第一谐振系统发生微弱谐振，经过第二耦合系统谐振增强；

控制第一微环谐振腔数目和光学器件的过耦合程度使得第一耦合系统的带宽大于入射的信号光的带宽，防止信号光在第一耦合系统畸变；所述第二微环谐振腔的周长是第一微环谐振腔周长的N倍，使得第一耦合系统和第二耦合系统存在若干个相同的谐振频率，在相同的谐振频率处光学器件处于过耦合靠近临界耦合状态，信号光在第二耦合系统谐振峰处产生轻微频率劈裂，使得第二耦合系统谐振峰的半高全宽增宽，信号光无畸变进入第二耦合系统；所述泵浦光和信号光在第二耦合系统发生非线性效应。

2.根据权利要求1所述的非线性光学器件，其特征在于，所述信号光的中心波长在第二耦合系统中所对应的谐振峰的带宽大于泵浦光中心波长在第二耦合系统中所对应的谐振峰的带宽。

3.根据权利要求1所述的非线性光学器件，其特征在于，所述第一微环谐振腔和第二微环谐振腔的材料相同。

4.根据权利要求1或3所述的非线性光学器件，其特征在于，所述第一微环谐振腔和第二微环谐振腔的损耗均在5dB/cm以下。

5.根据权利要求3所述的非线性光学器件，其特征在于，所述第一微环谐振腔和第二微环谐振腔的损耗均在5dB/cm以下。

6.根据权利要求1或5所述的非线性光学器件，其特征在于，所述第二微环谐振腔的周长是第一微环谐振腔周长的N倍；使得第一微环谐振腔自由光谱范围为第二微环谐振腔自由光谱范围的N倍，第一微环谐振腔的一系列谐振频率也是第二微环谐振腔的谐振频率，第一耦合系统和第二耦合系统耦合之后，在相同谐振频率处将发生谐振峰的劈裂，增大了在相同谐振频率处的谐振峰的带宽；

由于第二微环谐振腔的周长是第一微环谐振腔周长的N倍，故对于第二微环谐振腔在第一微环谐振腔的两个谐振频率之间还存在N-1个谐振频率，第一耦合系统和第二耦合系统耦合之后将使得第一微环谐振腔的两个谐振频率之间产生N-1个小峰，第二微环谐振腔再提供一个谐振增强作用，在这些N-1个小峰对应的谐振频率处可以实现高的谐振增强效应。

Images