硅基波導(dǎo)中皮秒脈沖泵浦的超連續(xù)譜研究.pdf

1、一束高強(qiáng)度的光脈沖經(jīng)過(guò)非線(xiàn)性介質(zhì)，由于一系列非線(xiàn)性過(guò)程導(dǎo)致的極端頻譜展寬稱(chēng)為超連續(xù)譜產(chǎn)生(Supercontinuum Generation)。超連續(xù)譜光源在波分復(fù)用系統(tǒng)、高精密光學(xué)頻率測(cè)量、生物光子學(xué)、光源檢測(cè)等領(lǐng)域有著重要應(yīng)用。光纖中的超連續(xù)譜產(chǎn)生在理論上和實(shí)驗(yàn)上已經(jīng)發(fā)展的相當(dāng)成熟，然而基于光纖介質(zhì)的超連續(xù)譜光源體積偏大，不利于集成。硅的非線(xiàn)性系數(shù)比二氧化硅大兩個(gè)數(shù)量級(jí)，硅基波導(dǎo)的高非線(xiàn)性、色散可調(diào)節(jié)性以及 CMOS兼容性使其成為優(yōu)

2、良的非線(xiàn)性平臺(tái)。然而，雙光子吸收、自由載流子吸收和較窄的拉曼增益譜寬嚴(yán)重制約了硅基波導(dǎo)中的頻譜展寬，這使得硅基波導(dǎo)中的超連續(xù)譜的頻譜展寬系數(shù)遠(yuǎn)小于光纖中的展寬系數(shù)。
　　本文中，我們討論了硅基波導(dǎo)中的非線(xiàn)性效應(yīng)，推導(dǎo)了硅基波導(dǎo)中的脈沖傳輸方程，得到了傳輸方程的時(shí)域與頻譜表達(dá)式，在此基礎(chǔ)上我們研究了傳輸方程的數(shù)值解法，得到了一種基于四階Runge-kutta算法的常微分解法。通過(guò)數(shù)值仿真，我們系統(tǒng)研究了硅基超連續(xù)譜光源的產(chǎn)生機(jī)理。我

3、們首先比較了自相位調(diào)制與自由載流子色散對(duì)脈沖傳輸?shù)挠绊懀约半p光子吸收與自由載流子吸收的相對(duì)作用，并且我們還討論了調(diào)制不穩(wěn)定性對(duì)脈沖傳輸?shù)挠绊?。最后，我們總結(jié)了硅基波導(dǎo)中頻譜展寬受到的限制因素及其影響機(jī)理。在此基礎(chǔ)上，我們提出了一種改進(jìn)的脈沖形狀調(diào)節(jié)(pulse shaping)方法，這種方法通過(guò)頻域立方相位改變脈沖形狀來(lái)降低自由載流子吸收的影響，同時(shí)加入初始啁啾來(lái)促進(jìn)自相位調(diào)制效應(yīng)。這種方法不僅可以突破頻譜展寬的限制，還能極大的提高輸