[发明专利]一种低差模增益的少模光参量放大器

说明书

本申请实施例提供一种低差模增益的少模光参量放大器，涉及光通信技术领域。在该少模光参量放大器中，薄膜铌酸锂芯层、过渡层和基底从上至下依次层叠设置，通过对薄膜铌酸锂芯层进行预设的周期极化，补偿多个模间差频过程中的相位失配，在薄膜铌酸锂芯层制备并获得多极化周期薄膜铌酸锂光波导；将泵浦光和信号光注入至多极化周期薄膜铌酸锂光波导，基于二阶非线性差频效应，多极化周期薄膜铌酸锂光波导在单一模式泵浦光的作用下将信号光的多个信号光模式的光参量放大、并产生与信号光的模式一致的闲频光。该少模光参量放大器可以在保持低差模增益或零差模增益的前提下实现可控高增益的技术效果。

技术领域

本申请涉及光通信技术领域，具体而言，涉及一种低差模增益的少模光参量放大器。

背景技术

目前，在5G网络技术普及下，虚拟现实技术、3D直播和元宇宙等概念逐渐成为现实，这些场景极大地提高了信息容量的量级。不可否认，通信技术在21世纪取得了长足进步，但万物互联的生活场景也对所需的通信容量提出了更高的要求。在通信容量需求倍增的情况下，单模光纤容量资源面临枯竭，需采用模分复用以满足通信带宽需求。

现有技术中，少模光放大器是模分复用通信系统的关键技术，可以同时将携带不同空间模式和不同波长的信号进行放大，在延长传输距离的基础上降低模分复用系统的每比特成本。现有的光放大器技术包括掺铒光纤放大器、拉曼放大器、半导体放大器和光参量放大器。光参量放大器可以在任意中心波长处实现宽带平坦增益和超低噪声放大，展现出了巨大的潜力。在光参量放大器领域内，相比光纤光参量放大器，基于周期极化铌酸锂（PPLN）光波导的光参量放大器具备宽带、低噪声、低串扰和集成度高等优势。然而目前基于PPLN光波导的光参量放大器只针对单模光纤通信系统设计，不适用于模分复用信号的放大，因而有必要针对模分复用系统开发一种少模光参量放大器，支持长距离的模分复用传输。

发明内容

本申请实施例的目的在于提供一种低差模增益的少模光参量放大器，可以在保持低差模增益或零差模增益的前提下实现可控高增益的技术效果。

本申请实施例提供了一种低差模增益的少模光参量放大器，所述少模光参量放大器包括多个极化周期域的薄膜铌酸锂光波导，所述薄膜铌酸锂光波导包括薄膜铌酸锂芯层、光波导过渡层和基底；

所述薄膜铌酸锂芯层、所述过渡层和所述基底从上至下依次层叠设置，通过对所述薄膜铌酸锂芯层进行预设的周期极化，补偿多个模间差频过程中的相位失配，在所述薄膜铌酸锂芯层制备并获得多极化周期薄膜铌酸锂光波导；

将泵浦光和信号光注入至所述多极化周期薄膜铌酸锂光波导，基于二阶非线性差频效应，所述多极化周期薄膜铌酸锂光波导在所述单一模式泵浦光的作用下将所述信号光的多个信号光模式的光参量放大、并产生与所述信号光的模式一致的闲频光。

在上述实现过程中，该少模光参量放大器在维持周期极化薄膜铌酸锂光波导具备光参量放大的小型化、易于集成和功耗低等优势的前提下，利用多极化周期薄膜铌酸锂光波导来实现多个模内和模间差频过程，即实现多个模式的信号光放大，基于少模薄膜铌酸锂光波导的极化周期域长度的优化，在单一模式、单一频率的泵浦光作用下即可获得对信号光高增益的少模光参量放大性能；同时，该少模光参量放大器通过优化极化周期域长度，可实现低差模增益甚至零差模增益的性能，即在实现可控高增益的同时还能保持低差模增益甚至零差模增益的优秀性能；从而，该少模光参量放大器可以在保持低差模增益或零差模增益的前提下实现可控高增益的技术效果。

进一步地，根据所述泵浦光和信号光确定所述薄膜铌酸锂光波导中不同极化周期域的长度。

在上述实现过程中，通过优化不同极化周期域的长度可实现低差模增益，在放大带宽的中心波长处差模增益可达到接近于零的表现。

进一步地，所述少模光参量放大器的极化周期满足预设公式，所述预设公式为：