模式劈裂调控系统及方法

本发明涉及光电子 ，尤其涉及一种模式劈裂调控系统及方法。

背景技术：

1、模式劈裂现象具有卓越的光学性质，在非线性光学、量子光学等领域有着十分重要的应用，可以修整微环谐振器在频率域上的局部色散，以实现多种非线性效应的相位匹配，有助于量子随机数和光学频率梳的产生。

2、实际应用中，若要引入不同光学模式之间的相互作用，通常的做法是采用多个微环谐振器，每个微环谐振器提供一种光学模式，并利用级联布局的方式为不同微环谐振器之间提供能量耦合的通道。目前，如何动态调整微腔之间的耦合能量的强弱一直是限制模式劈裂调控广泛应用的症结所在。

3、在一些示例性的技术中，利用微机电系统改变芯片上不同微环谐振器之间的几何距离实现模式劈裂调控，该方案仅可以实现不同光学模式之间相位的调控。此外，还可以在微环谐振器的波导结构中刻蚀布拉格光栅结构引入正、反两种光学模式的互相耦合，该方案对外部驱动信号的要求较高，难以动态改变耦合系数，无法实现模式劈裂的多维度调控。因此，现有技术中无法实现模式劈裂的多维度调控。

技术实现思路

1、本发明提供一种模式劈裂调控系统及方法，用以解决现有技术中无法实现模式劈裂的多维度调控的缺陷，实现模式劈裂的多维度动态调控。

2、本发明提供一种模式劈裂调控系统，所述模式劈裂调控系统包括：跑道型微环谐振器、耦合强度控制机构、相位控制机构和处理装置；所述跑道型微环谐振器包括直波导区和弯曲波导区，所述弯曲波导区用于产生多个光学模式之间的能量耦合，形成模式劈裂；所述处理装置与所述耦合强度控制机构以及所述相位控制机构连接，所述处理装置用于获取多个光学模式的目标耦合强度和多个光学模式之间的目标相位关系；所述处理装置还用于根据所述多个光学模式的目标耦合强度向所述耦合强度控制机构输出第一控制信号；所述处理装置还用于根据所述多个光学模式之间的目标相位关系向所述相位控制机构输出第二控制信号；所述耦合强度控制机构用于响应于接收到的所述第一控制信号，控制所述弯曲波导区的局部材料折射率；所述相位控制机构用于响应于接收到的所述第二控制信号，控制所述直波导区的局部材料折射率。

3、根据本发明提供的一种模式劈裂调控系统，所述耦合强度控制机构包括第一加热层和第二加热层；所述弯曲波导区包括第一半圆形弯曲波导和第二半圆形弯曲波导；所述第一控制信号包括第一电压和第二电压；所述处理装置与所述第一加热层以及所述第二加热层连接，所述处理装置用于根据所述多个光学模式的目标耦合强度向所述耦合强度控制机构输出第一控制信号时，具体用于：根据所述多个光学模式的目标耦合强度分别向所述第一加热层和所述第二加热层输出所述第一电压和所述第二电压；所述第一加热层沉积在所述第一半圆形弯曲波导上，用于响应于接收到的所述第一电压，控制所述第一半圆形弯曲波导的区域温度，以控制所述第一半圆形弯曲波导的局部材料折射率；所述第二加热层沉积在所述第二半圆形弯曲波导上，用于响应于接收到的所述第二电压，控制所述第二半圆形弯曲波导的区域温度，以控制所述第二半圆形弯曲波导的局部材料折射率。

4、根据本发明提供的一种模式劈裂调控系统，所述相位控制机构包括第三加热层；所述直波导区包括第一直波导和第二直波导；所述第三控制信号包括第三电压；所述处理装置与所述第三加热层连接，所述处理装置用于根据所述多个光学模式之间的目标相位关系向所述相位控制机构输出第二控制信号时，具体用于：根据所述多个光学模式之间的目标相位关系向所述第三加热层输出所述第三电压；所述第三加热层沉积在所述第一直波导上，用于响应于接收到的所述第三电压，控制所述第一直波导的区域温度，以控制所述第一直波导的局部材料折射率。

5、根据本发明提供的一种模式劈裂调控系统，所述模式劈裂调控系统还包括外界公共波导； 所述外界公共波导和所述第二直波导组合作为双直波导耦合区，用于实现所述跑道型微环谐振器与外界进行能量交换。

6、根据本发明提供的一种模式劈裂调控系统，所述外界公共波导和所述第二直波导的波导宽度相同。

7、根据本发明提供的一种模式劈裂调控系统，外界耦合量与所述跑道型微环谐振器的传输损耗匹配，其中，所述外界耦合量表征所述跑道型微环谐振器与外界进行能量交换的强弱。

8、根据本发明提供的一种模式劈裂调控系统，所述第一加热层和所述第二加热层为氮化钛加热层。

9、根据本发明提供的一种模式劈裂调控系统，所述第三加热层为氮化钛加热层。

10、根据本发明提供的一种模式劈裂调控系统，所述跑道型微环谐振器的波导宽度位于多模波导区。

11、本发明还提供一种模式劈裂调控方法，应用于模式劈裂调控系统，所述模式劈裂调控系统包括：跑道型微环谐振器、耦合强度控制机构、相位控制机构和处理装置；所述跑道型微环谐振器包括直波导区和弯曲波导区；所述模式劈裂调控方法包括：所述弯曲波导区产生多个光学模式之间的能量耦合，形成模式劈裂；所述处理装置获取多个光学模式的目标耦合强度和多个光学模式之间的目标相位关系；所述处理装置根据所述多个光学模式的目标耦合强度向所述耦合强度控制机构输出第一控制信号；所述处理装置根据所述多个光学模式之间的目标相位关系向所述相位控制机构输出第二控制信号；所述耦合强度控制机构响应于接收到的所述第一控制信号，控制所述弯曲波导区的局部材料折射率；所述相位控制机构响应于接收到的所述第二控制信号，控制所述直波导区的局部材料折射率。

12、本发明提供的模式劈裂调控系统及方法，通过弯曲波导区产生多个光学模式之间的能量耦合，形成模式劈裂；处理装置根据多个光学模式的目标耦合强度向耦合强度控制机构输出第一控制信号；处理装置根据多个光学模式之间的目标相位关系向相位控制机构输出第二控制信号；耦合强度控制机构响应于接收到的第一控制信号，控制弯曲波导区的局部材料折射率，从而调控多个光学模式之间的耦合强度；相位控制机构响应于接收到的所述第一控制信号，控制直波导区的局部材料折射率，从而调控多个光学模式之间的相位关系。本发明的方案，能够实现模式劈裂的多维度动态调控。

技术特征：

1.一种模式劈裂调控系统，其特征在于，所述模式劈裂调控系统包括：跑道型微环谐振器、耦合强度控制机构、相位控制机构和处理装置；

2.根据权利要求1所述的模式劈裂调控系统，其特征在于，所述耦合强度控制机构包括第一加热层和第二加热层；所述弯曲波导区包括第一半圆形弯曲波导和第二半圆形弯曲波导；所述第一控制信号包括第一电压和第二电压；

3.根据权利要求1所述的模式劈裂调控系统，其特征在于，所述相位控制机构包括第三加热层；所述直波导区包括第一直波导和第二直波导；所述第三控制信号包括第三电压；

4.根据权利要求3所述的模式劈裂调控系统，其特征在于，所述模式劈裂调控系统还包括外界公共波导；

5.根据权利要求4所述的模式劈裂调控系统，其特征在于，所述外界公共波导和所述第二直波导的波导宽度相同。

6.根据权利要求4所述的模式劈裂调控系统，其特征在于，外界耦合量与所述跑道型微环谐振器的传输损耗匹配，其中，所述外界耦合量表征所述跑道型微环谐振器与外界进行能量交换的强弱。

7.根据权利要求2所述的模式劈裂调控系统，其特征在于，所述第一加热层和所述第二加热层为氮化钛加热层。

8.根据权利要求3所述的模式劈裂调控系统，其特征在于，所述第三加热层为氮化钛加热层。

9.根据权利要求1-8任一项所述的模式劈裂调控系统，其特征在于，所述跑道型微环谐振器的波导宽度位于多模波导区。

10.一种模式劈裂调控方法，其特征在于，应用于模式劈裂调控系统，所述模式劈裂调控系统包括：跑道型微环谐振器、耦合强度控制机构、相位控制机构和处理装置；所述跑道型微环谐振器包括直波导区和弯曲波导区；所述模式劈裂调控方法包括：

技术总结
本发明提供一种模式劈裂调控系统及方法，包括：跑道型微环谐振器、耦合强度控制机构、相位控制机构和处理装置；跑道型微环谐振器包括直波导区和弯曲波导区，弯曲波导区产生多个光学模式之间的能量耦合，形成模式劈裂；处理装置获取多个光学模式的目标耦合强度和多个光学模式之间的目标相位关系；处理装置根据多个光学模式的目标耦合强度向耦合强度控制机构输出第一控制信号；处理装置根据多个光学模式之间的目标相位关系向相位控制机构输出第二控制信号；耦合强度控制机构控制弯曲波导区的局部材料折射率；相位控制机构控制直波导区的局部材料折射率。本发明的方案，能够实现模式劈裂的多维度动态调控。

技术研发人员：王兴军,陶子涵,舒浩文,沈碧涛
受保护的技术使用者：北京大学
技术研发日：
技术公布日：2024/10/14