[发明专利]一种光学频率转换方法、装置和设备

说明书

本申请公开了一种光学频率转换方法、装置和设备，利用微纳光纤与传导光纤级联的方式，将现有采用一段较长微纳光纤作为频率转换介质的光学频率转换方式转换成由第一数量的较短微纳光纤与第二数量的传导光纤级联进行光学频率转换的方式，每段微纳光纤的长度不大于基频泵浦光信号与三倍频光信号的相干作用长度，级联各段微纳光纤产生的三倍频光相干叠加，通过调整基频泵浦光的入射功率控制各三倍频光分量之间的相位差，使其实现干涉相长，从而显著增强三倍频光信号，有效提高光学频率转换效率。

技术领域

本申请涉及光学频率转换技术领域，尤其涉及一种光学频率转换方法、装置和设备。

背景技术

非线性光学频率转换是获得新波长相干光源的重要手段，目前已可采用多种类型的光纤实现光学频率转换，微纳光纤是其中一种，其具有亚波长直径，可由常规单模光纤经过拉锥装置绝热拉伸制备而成。

采用光纤作为频率转换介质时，提高转换效率是其实用化面临的主要问题。在具有合适直径的微纳光纤中，输入基频光波即可通过模式间相位匹配产生频率转换，频率转换过程还受SPM(Self-phase Modulation，自相位调制)和XPM(Cross-phase Modulation，交叉相位调制)等非线性效应的影响，所以对基频光的泵浦功率也很敏感。现有的研究表明，若微纳光纤长度仅为微米或毫米量级，由于基频光与谐波之间的作用长度有限，转换效率会很低，而采用长度为厘米量级的微纳光纤作为频率转换介质，并进行泵浦功率优化，可以在一定程度上提高转换效率，但是厘米量级的微纳光纤在传输光信号过程中，光信号的谐波功率会随光纤传输方向发生振荡，转换效果并不理想，因此，如何有效提高光学转换效率是本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

本申请提供了一种光学频率转换方法、装置和设备，用于有效提高光学转换效率。

有鉴于此，本申请第一方面提供了一种光学频率转换方法，包括：

将第一数量的微纳光纤和第二数量的传导光纤按每段所述微纳光纤的首尾连接有所述传导光纤的方式依次连接，得到级联光纤；

在所述级联光纤的输入端接入泵浦光源，通过所述泵浦光源向所述级联光纤输入基频泵浦光信号；

在所述级联光纤的输出端获取光学频率转换后的三倍频信号；

判断三倍频光信号是否为多光束干涉主极大值，若否，调整所述基频泵浦光信号的功率，直至所述三倍频光信号达到所述多光束干涉主极大值；

其中，每段所述微纳光纤的长度不大于所述基频泵浦光信号与所述三倍频信号的相干作用长度。

优选地，还包括：

根据预置光纤直径和预置光纤长度，制备所述微纳光纤。

优选地，所述根据预置光纤直径和预置光纤长度，制备所述微纳光纤，之前还包括：

建立光纤混合传导模式的本征方程；

求解所述本征方程，得到不同模式的有效折射率与光纤纤芯直径的关系；

根据所述有效折射率与光纤纤芯直径的关系，将满足基频基模和三倍频高阶模相位匹配的光纤纤芯直径作为预置光纤直径。

优选地，还包括：

根据所述微纳光纤的制备精度和所述泵浦光源的光功率范围，修正所述预置光纤直径。

优选地，所述根据预置光纤直径和预置光纤长度，制备所述微纳光纤，之前还包括：

根据所述泵浦光源的泵浦光与三倍频光在所述微纳光纤中的传输常数失配量，计算所述泵浦光与所述三倍频光的相干作用长度；

选取小于或等于所述相干作用长度的光纤长度作为所述预置光纤长度。