一种基于自由纳米线-硅波导结构的片上超连续谱光源的制作方法

技术特征：
1.一种基于自由纳米线-硅波导结构的片上超连续谱光源，其特征在于：包括硅光栅(1)、sio2衬底(2)、au膜反射层(3)、si衬底(4)、自由纳米线(5)、第一自由纳米线-硅波导复合结构(6-1)、第二自由纳米线-硅波导复合结构(6-2)、第一硅波导(7-1)、第二硅波导(7-2)，所述硅光栅(1)设置在sio2衬底(2)上，所述sio2衬底(2)设置在au膜反射层(3)上，所述au膜反射层(3)的底部设置有si衬底(4)，所述硅光栅(1)通过锥形宽度渐变结构连接有第一硅波导(7-1)，所述第一硅波导(7-1)通过第一自由纳米线-硅波导复合结构(6-1)与自由纳米线(5)的一端连接，所述自由纳米线(5)的另一端通过第二自由纳米线-硅波导复合结构(6-2)与第二硅波导(7-2)连接，所述第一硅波导(7-1)与自由纳米线(5)的一端重叠构成第一自由纳米线-硅波导复合结构(6-1)，所述第二硅波导(7-2)与自由纳米线(5)的另一端重叠构成第二自由纳米线-硅波导复合结构(6-2)；所述硅光栅(1)通过泵浦光照射，通过利用光栅的衍射效应，经衍射后满足动量匹配条件的光分量耦合入硅光栅(1)并沿轴向传输，在经过锥形宽度渐变结构后进入第一硅波导(7-1)并以导波形式传输，基于倏逝场耦合原理，进入第一硅波导(7-1)的泵浦光通过第一自由纳米线-硅波导复合结构(6-1)进入自由纳米线(5)，泵浦光以导波形式在自由纳米线(5)中传输，通过控制自由纳米线(5)结构尺寸和泵浦光波长，激发高效率的超连续谱产生过程，使得泵浦光传输过程中发生显著的频谱展宽。2.根据权利要求1所述的一种基于自由纳米线-硅波导结构的片上超连续谱光源，其特征在于：所述第二硅波导(7-2)采用轴向渐变结构，所述第二硅波导(7-2)的末端采用研磨镜面抛光，所述第一硅波导(7-1)、第二硅波导(7-2)均设置为弯曲结构，从而实现对自由纳米线(5)的自定位。3.根据权利要求1所述的一种基于自由纳米线-硅波导结构的片上超连续谱光源，其特征在于：所述自由纳米线(5)、第一硅波导(7-1)、第二硅波导(7-2)均通过侧面贴合的方式连接在sio2衬底(2)上。4.根据权利要求1所述的一种基于自由纳米线-硅波导结构的片上超连续谱光源，其特征在于：所述自由纳米线(5)的直径小于等于两倍泵浦光波长，所述自由纳米线(5)采用cdte、cds、zno或二氧化硅，所述自由纳米线(5)的长度600μm，所述自由纳米线(5)的截面形状为正六边形，所述自由纳米线(5)的制备方法采用化学气相沉积或光纤火焰拉锥。5.根据权利要求1所述的一种基于自由纳米线-硅波导结构的片上超连续谱光源，其特征在于：所述sio2衬底(2)的厚度为1μm～1mm，au膜反射层(3)的厚度为0.5μm，所述硅光栅(1)常数为0.67μm，所述硅光栅(1)的占空比为0.1-0.9，所述硅光栅(1)光栅刻蚀区的形状为扇形或矩形，所述硅光栅(1)的光栅刻蚀区面积为0.01～1mm2，所述硅光栅(1)的刻蚀深度为0.1μm～1mm，所述硅光栅(1)的入射角为16
°
。6.根据权利要求2所述的一种基于自由纳米线-硅波导结构的片上超连续谱光源，其特征在于：所述第一硅波导(7-1)、第二硅波导(7-2)的弯曲半径>10μm，所述第一自由纳米线-硅波导复合结构(6-1)、第二自由纳米线-硅波导复合结构(6-2)的长度耦合重叠<10μm。7.根据权利要求1所述的一种基于自由纳米线-硅波导结构的片上超连续谱光源，其特征在于：所述硅光栅(1)与第一硅波导(7-1)之间的锥形宽度渐变结构长度为0.1μm～1mm，所述锥形宽度渐变结构的锥角范围为0
°
～180
°
。8.根据权利要求1所述的一种基于自由纳米线-硅波导结构的片上超连续谱光源，其特
征在于：所述自由纳米线(5)与第一硅波导(7-1)侧向并列放置，所述自由纳米线(5)与第一硅波导(7-1)的耦合距离为0.1μm～10μm，所述自由纳米线(5)与第一硅波导(7-1)的间距为0～10nm。9.根据权利要求1所述的一种基于自由纳米线-硅波导结构的片上超连续谱光源，其特征在于：所述泵浦光的波长为1μm-2.5μm，所述泵浦光波长处的单向耦合效率>60％，在所述泵浦光波长处第一硅波导(7-1)工作在单模状态下。

技术总结
本发明属于片上集成激光器技术领域，具体涉及一种基于自由纳米线-硅波导结构的片上超连续谱光源，所述硅光栅设置在SiO2衬底上，所述SiO2衬底设置在Au膜反射层上，所述Au膜反射层的底部设置有Si衬底，所述硅光栅通过锥形宽度渐变结构连接有第一硅波导，所述第一硅波导通过第一自由纳米线-硅波导复合结构与自由纳米线的一端连接，所述自由纳米线的另一端通过第二自由纳米线-硅波导复合结构与第二硅波导连接。本发明基于绝热耦合原理，利用轴向渐变复合波导结构，实现自由纳米线与硅波导高效率、宽波段的光学耦合。该混合集成方案受益于自由纳米线的高非线性，可以达到更高的非线性转换效率，从而实现低功耗、短距离、高集成的片上超连续谱输出。上超连续谱输出。上超连续谱输出。


技术研发人员：辛晨光 范长江 李孟委 金丽 李晋华
受保护的技术使用者：中北大学
技术研发日：2021.11.30
技术公布日：2022/3/4