光纤端面耦合周期极化铌酸锂(PPLN)薄膜波导器件的研究

• Published in: 人工晶体学报 Vol. 53; no. 8; pp. 1319 - 1325
• Main Authors: 马翠坪, 陈家颖, 陈怀熹, 梁万国, 伍秋林, 冯新凯
• Format: Journal Article
• Language: Chinese
• Published: 中国福建光电信息科学与技术创新实验室,福州 350108%福建农林大学安溪茶学院,泉州 362406 15.08.2024; 中国福建光电信息科学与技术创新实验室,福州 350108%中国科学院福建物质结构研究所,福州 350002; 中国科学院大学,北京 100049%中国福建光电信息科学与技术创新实验室,福州 350108; 中国福建光电信息科学与技术创新实验室,福州 350108; 福建师范大学光电与信息工程学院,福州 350117%中国科学院福建物质结构研究所,福州 350002; 福建师范大学物理与能源学院,福州 350117; 中国科学院福建物质结构研究所,福州 350002
• Subjects: 光纤; fiber; end-face coupling; coupling efficiency; 波导; 周期性极化铌酸锂; 耦合效率; periodically poled lithium niobate; 端面耦合; waveguide
• ISSN: 1000-985X
• DOI: 10.3969/j.issn.1000-985X.2024.08.004

TN814; 通过有限元模拟器从理论上分析了在理想光学系统中实现光纤与周期性极化铌酸锂(PPLN)波导之间高效耦合的可行性.仿真模拟了单模保偏光纤和透镜光纤在空间中的发散情况.针对截面尺寸为10 μm×10 μm、长度为20 mm的PPLN脊形波导,进行了与两种不同光纤的直接端面耦合模拟分析.分析发现,尽管透镜光纤的耦合效率高达95％,但其基模占比却不足5％.鉴于PPLN倍频器件主要依赖于激光的基模进行工作,这使透镜光纤的耦合效率在实际应用中显得相对较低.相比之下,单模保偏光纤的基模占比高达93.8％,显示出更为优越的性能.因此,本文选择了单模保偏光纤与PPLN脊形波导进行封装测试.实验结果表明:当温度为24.8 ℃,从光纤放大器输出的泵浦功率最大为1.6 W时,计算扣除输入端光纤与波导的耦合损耗后的输入泵浦功率为1.2 W,光纤到波导的耦合效率为75％,略高于当前已知的最高效率72％.1 560 nm基频光的输入功率为1.2 W时,最大输出653 mW的倍频光,光光转换效率达到了 54.4％,归一化转换效率为20.2％/(W·cm2).