[发明专利]一种片上集成的宽带耦合光学微腔系统及其耦合方法

摘要

本发明公开了一种片上集成的宽带耦合光学微腔系统及其耦合方法。本发明采用制备在芯片上的非圆形光学微腔和光波导，非圆形光学微腔的微小变形使得原本只分布在圆形光学微腔边缘中的本征态回音壁模式延伸出进入到非圆形光学微腔的内部，形成“尾巴”；激光与非圆形光学微腔内的“尾巴”相位匹配，从而激发非圆形光学微腔的激发态的回音壁模式；同样的，非圆形光学微腔的回音壁模式能够通过其“尾巴”，折射到光波导中；光波导实现对非圆形光学微腔中回音壁模式的有效的宽带激发和收集，即完成了光波导和非圆形光学微腔的高效宽带耦合；非圆形光学微腔变形微小，故不会引入大的辐射损耗，使非圆形光学微腔能够保持高的本征品质因子(>10⁴)。

主权项

1.一种片上集成的宽带耦合光学微腔系统，其特征在于，所述宽带耦合光学微腔系统包括：非圆形光学微腔、光波导和芯片；其中，所述非圆形光学微腔和光波导集成在芯片上，所述光波导与非圆形光学微腔的边缘相切；所述光波导的截面为亚波长尺度；所述非圆形光学微腔的形状为二维的盘状，边界的形状相对于圆形具有微小的变形，用二维极坐标描述为n为自然数且1≤n≤4，a_n为系数满足‑0.1≤a_n≤0.1，φ为极角满足0≤φ<2π，R₀为尺度参数满足10微米≤R₀≤1000微米；变形度定义为η＝(R_max‑R_min)/R_max，R_max和R_min分别为φ变化时的R(φ)的最大值和最小值，所述非圆形光学微腔的变形度η满足3％≤η≤20％；激光通过光波导传输并折射进入非圆形光学微腔；非圆形光学微腔的微小变形使得原本只分布在圆形光学微腔边缘中的本征态回音壁模式延伸出进入到非圆形光学微腔的内部，形成“尾巴”；激光与非圆形光学微腔内的“尾巴”相位匹配，从而有效激发非圆形光学微腔的回音壁模式；同样的，非圆形光学微腔的回音壁模式能够通过其“尾巴”，折射到光波导中；从而光波导实现对非圆形光学微腔中回音壁模式的有效的宽带激发和收集，即完成了光波导和非圆形光学微腔的高效宽带耦合。