CN113839303A - 一种三次谐波产生***及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例公开了一种三次谐波产生***及方法。包括波长可调光源、偏振控制器、光纤以及光学微腔；波长可调光源提供泵浦光，泵浦光耦合入光纤；光纤从偏振控制器的输出端延伸至光学微腔，延伸至光学微腔的光纤通过锥状结构与光学微腔耦合；光学微腔包括衬底和支撑柱和微盘腔；泵浦光通过锥状结构耦合入光学微腔；偏振控制器调节光纤中泵浦光的偏振态；调节泵浦光的波长、功率、偏振态以及锥状结构与光学微腔的距离，使泵浦光在光学微腔中传输时满足三次谐波的相位匹配条件，产生三次谐波。本发明实施例的技术方案，通过干法刻蚀获取高品质因子光学微盘后，利用连续光直接泵浦光学微盘以产生三次谐波，简化了产生三次谐波的复杂过程。

Description

一种三次谐波产生***及方法
技术领域
本发明实施例涉及激光技术，尤其涉及一种三次谐波产生***及方法。
背景技术
回音壁模式光学微腔有超高的品质因子和小体积模式，可以极大的增强光与物质相互作用，是研究非线性频率转换的理想平台。三次谐波产生是一种典型的三阶非线性效应，产生光的频率为入射泵浦光频率的三倍。利用三次谐波可以直接建立近红外通讯波段和可见光波段的联系，因此被广泛应用于扩展激光光源的发射波长。
氧化硅因在通讯波段的宽范围可见光谱的耐用性和低光学损耗被视为三次谐波产生的良好载体。但是在现有的片上集成的氧化硅微腔中，存在三次谐波转换效率低、阈值高的问题。其中，氧化硅微腔的种类可以划分为微环芯腔、微球腔和微盘腔，微环芯腔和微球腔的制备需要引入激光回流，无法控制其尺寸，不利于色散的控制，无法实现精准的相位匹配，导致转换效率低。而微盘腔目前的品质因子不高且阈值较高，采用湿法刻蚀工艺很难精准控制微盘腔的尺寸大小。
发明内容
本发明实施例提供了一种三次谐波产生***及方法，以实现无需增加额外调制器件就能够产生三次谐波，简化了产生三次谐波的工艺流程。
第一方面，本发明实施例提供了一种三次谐波产生***，包括波长可调光源、偏振控制器、光纤以及光学微腔；
所述波长可调光源用于提供泵浦光，所述泵浦光耦合入所述光纤；
所述光纤与所述偏振控制器的输入端连接；
所述光纤从所述偏振控制器的输出端延伸至所述光学微腔，延伸至所述光学微腔的所述光纤包括锥状结构，所述光纤通过所述锥状结构与所述光学微腔耦合；
其中，所述光学微腔包括衬底和位于所述衬底一侧的支撑柱和微盘腔；
所述泵浦光通过所述锥状结构耦合入所述光学微腔；
所述偏振控制器用于调节所述光纤中所述泵浦光的偏振态；
调节所述泵浦光的波长、功率、偏振态以及所述锥状结构与所述光学微腔的距离，使所述泵浦光在所述光学微腔中传输时满足三次谐波的相位匹配条件，产生三次谐波。
可选的，所述微盘腔的形状为圆台；
所述圆台的母线与所述圆台的底面的夹角大于或等于30°，小于或等于60°。
可选的，所述三次谐波产生***，还包括第一耦合器、光电探测器、示波器、第一光谱仪以及第二光谱仪；
从所述光学微腔延伸出的所述光纤与所述第一耦合器的输入端连接，所述第一耦合器的第一输出端与所述光电探测器连接，所述光电探测器与所述示波器连接，所述第一耦合器的第二输出端与所述第一光谱仪连接，所述第一耦合器的第三输出端与所述第二光谱仪连接；
所述示波器用于输出所述光电探测器探测的时域波形，所述第一光谱仪用于测量所述三次谐波的光谱，所述第二光谱仪用于测量所述泵浦光的光谱。
可选的，所述三次谐波产生***，还包括设置于所述波长可调光源和所述偏振控制器之间光路上的光放大器，用于将所述泵浦光放大。
可选的，所述光放大器为半导体光放大器；
所述三次谐波产生***还包括第一准直器、光隔离器和第二准直器；
所述第一准直器、所述半导体光放大器、所述光隔离器和所述第二准直器在所述波长可调光源和所述偏振控制器之间沿光路依次排列；
所述第一准直器的输入端与所述波长可调光源的输出端耦合，用于将所述泵浦光准直后输入所述半导体光放大器；
所述半导体光放大器用于将所述泵浦光放大；
所述光隔离器用于使放大后的泵浦光单向传输；
所述第二准直器的输出端与连接在所述偏振控制器的输入端的所述光纤连接，所述第二准直器用于将放大后的泵浦光耦合入所述光纤。
可选的，所述光放大器为光纤放大器；
所述波长可调光源通过所述光纤与所述光纤放大器连接；
所述光纤放大器通过所述光纤与所述偏振控制器连接。
可选的，所述光学***还包括第二耦合器和功率计；
所述第二耦合器的输入端通过所述光纤与所述偏振控制器的输出端连接，所述第二耦合器的第一输出端与所述功率计连接，所述光纤通过所述第二耦合器的第二输出端延伸至所述光学微腔。
可选的，所述光学***还包括衰减器，所述衰减器的输入端通过所述光纤与所述偏振控制器的输出端连接，所述衰减器的输出端通过所述光纤延伸至所述光学微腔。
可选的，所述光学微腔的衬底材料包括硅，所述微盘腔的材料包括二氧化硅；
所述光学微腔利用干法刻蚀工艺制备。
第二方面，本发明实施例还提供一种三次谐波产生方法，利用上述的三次谐波产生***输出三次谐波，包括：
波长可调光源输出泵浦光，所述泵浦光通过光纤耦合入光学微腔；
调节所述泵浦光的波长、功率、偏振态以及锥状结构与所述光学微腔的距离，使所述泵浦光在所述光学微腔中传输时满足三次谐波的相位匹配条件，产生三次谐波。
本发明实施例提供的三次谐波产生***，包括波长可调光源、偏振控制器、光纤以及光学微腔；波长可调光源可以提供泵浦光，泵浦光耦合入光纤；光纤通过偏振控制器后通过光学微腔，其中，光学微腔包括衬底、支撑柱和微盘腔，光纤包括锥状结构，泵浦光和锥状结构耦合进入光学微腔，偏振控制器可以调节光纤中泵浦光的偏振态。通过在激光器上施加2Vpp、10Hz的电信号获得波长可调光源在中心波长附近小范围内持续性的波长扫描信号，进而实现从短波到长波的扫描，改变波长可调光源中的中心波长，进一步获取高品质因子的模式；随后调整泵浦光的波长、功率、偏振态以及锥状结构和光学微腔的距离，使得泵浦光在光学微腔传输的过程中，满足泵浦模式和三次谐波模式的品质因子高和匹配程度强的条件，进而在三次谐波***中产生三次谐波。本实施例提供的三次谐波产生***，通过干法刻蚀获取高品质因子光学微盘后，利用红外波段连续光直接泵浦光学微盘以产生三次谐波，不需要额外增加调制器件就可以产生三次谐波，简化了产生三次谐波的复杂过程，降低了三次谐波的理论阈值和产生三次谐波的成本。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种三次谐波产生***的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的一种光学微腔的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的另一种三次谐波产生***的结构示意图；
图4为本发明实施例提供的另一种三次谐波产生***的结构示意图；
图5为本发明实施例提供的另一种三次谐波产生***的结构示意图；
图6为本发明实施例提供的另一种三次谐波产生***的结构示意图；
图7为本发明实施例提供的另一种三次谐波产生的***的结构示意图；
图8为本发明实施例提供的另一种三次谐波产生的***的结构示意图；
图9为本发明实施例提供的光学微腔的品质因子示意图；
图10为本发明实施例提供另一种三次谐波产生的***的结构示意图；
图11为本发明实施例提供的一种三次谐波产生方法的流程示意图；
图12为本发明实施例中泵浦光和三次谐波的光谱示意图；
图13为本发明实施例提供的一种产生三次谐波时微盘腔的光学显微照片。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
在本发明实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。需要注意的是，本发明实施例所描述的“上”、“下”、“左”、“右”等方位词是以附图所示的角度来进行描述的，不应理解为对本发明实施例的限定。此外在上下文中，还需要理解的是，当提到一个元件被形成在另一个元件“上”或“下”时，其不仅能够直接形成在另一个元件“上”或者“下”，也可以通过中间元件间接形成在另一元件“上”或者“下”。术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在光学微腔中高效的产生三次谐波需要满足相位匹配条件，进一步也可以表示为动量守恒和能量守恒。动量守恒满足的条件是找到一个模式使其波数kTH为泵浦模式波数kp的三分之一，即kTH＝3kp，但在动量守恒的情况下，因为光学微腔内通常存在材料色散，如果只考虑基模，能量守恒条件很难满足，即ωTH＝3ωp，其中，ωTH和ωp分别表示三次谐波和泵浦光的角频率。为了满足能量守恒条件，需要通过腔模色散来补偿材料色散，因此通常利用三次谐波的高阶模式才能实现与泵浦光模式的相位匹配。寻求高品质因子、小体积模式的光学微腔可以有效降低三次谐波产生的阈值，并且实现片上集成。
在现有的技术中，通过电弧放电将半锥形光纤的末端熔化，制作成直径为57±1μm，品质因子约为107的二氧化硅微球腔。通过改变泵浦波长在不同微球中获得的三种不同波长三次谐波信号。然而，微球腔难以精确控制色散，基于光纤的制作工艺无法实现片上集成。
在另一现有技术中，通过激光回流法制作的微环芯腔，使1553.9nm的泵浦光在微环芯腔产生了517.4nm的三次谐波信号。通过将1553nm和1674nm的泵浦光同时输入到微环芯腔产生了542nm的三阶和频信号。然而，微环芯腔同样存在无法精确控制色散的问题，并且需要额外的激光回流过程，增加的工艺的复杂性。
在另一现有技术中，利用湿法刻蚀工艺制备的微盘腔(品质因子约为106)，通过将红外可调谐激光器输出的连续光调制成低占空比、脉冲宽度为20ns的脉冲光后，经过放大对微盘腔进行泵浦。得到波长从512nm到520nm间不同的三次谐波信号(不同信号间隔约为2.5nm)。然而采用湿法刻蚀的微盘腔品质因子较低并且很难精确控制样品尺寸。额外调制器件的引入也大大增加了***的复杂性，不利于片上集成，同时增加成本。
为了解决以上基于氧化硅微腔的三次谐波产生方法的不足，本发明实施例提供了一种三次谐波产生***，通过干法刻蚀工艺制备的氧化硅微盘腔，克服了以上的问题，首先是做到了片上集成，且无需激光回流等改变微腔尺寸的步骤；相比湿法刻蚀工艺，实现了在小尺寸的基础上提升了品质因子，降低了三次谐波的理论阈值。
图1所示为本发明实施例提供的一种三次谐波产生***的结构示意图。参考图1，本实施例提供的三次谐波***包括波长可调光源10、偏振控制器20、光纤30以及光学微腔40；波长可调光源10用于提供泵浦光，泵浦光耦合入光纤30；光纤30与偏振控制器20的输入端连接；光纤30从偏振控制器20的输出端延伸至光学微腔40，延伸至光学微腔40的光纤30包括锥状结构(图1未示出)，光纤30通过锥状结构与光学微腔40耦合；其中，光学微腔40包括衬底41和位于衬底一侧的支撑柱42和微盘腔43；泵浦光通过锥状结构耦合入光学微腔40；偏振控制器20用于调节光纤30中泵浦光的偏振态；调节泵浦光的波长、功率、偏振态以及锥状结构与光学微腔40的距离，使泵浦光在光学微腔40中传输时满足三次谐波的相位匹配条件，产生三次谐波。
其中，波长可调光源10能够输出预设波长范围内可连续调节的泵浦光，例如1550nm波段的泵浦光。波长可调光源10、偏振控制器20以及光学微腔40之间均可以采用光纤30连接。光学微腔40为一种片上集成器件，其中可以集成在作为衬底的硅片上，可以理解的是，光纤30中传输的光在锥状结构产生倏逝场，实现光学微腔40与光纤30的耦合，锥状结构可以通过光纤熔融拉锥得到。通过调节偏振控制器20的状态，可以调节泵浦光与光学微腔40的耦合效率，其中偏振控制器20可以采用三环式或嵌入式偏振控制器，本发明实施例对此不作限定。
可选的，微盘腔43的形状为圆台；圆台的母线与圆台的底面的夹角大于或等于30°，小于或等于60°。
示例性的，图2所示为本发明实施例提供的一种光学微腔的结构示意图。参考图2，该光学微腔40包括衬底41和位于衬底一侧的支撑柱42和微盘腔43。在本实施例中，微盘腔43为圆台状，且圆台通过光纤的锥状结构与光纤30实现耦合。圆台的母线与圆台的底面的夹角大于或等于30°，小于或等于60°。
其中，通过调节泵浦光的波长、功率、偏振态以及锥状结构与光学微腔的距离，使得泵浦光在光学微腔中传输满足三次谐波的相位匹配条件，产生三次谐波，波长可调光源可以选用激光器。首先，通过激光器输出泵浦光，设置泵浦光以低功率耦合入光学微腔，通过在激光器上施加2Vpp、10Hz的电信号，使得波长可调光源在中心波长附近小范围内进行持续性的波长扫描；其次，扫描激光器的中心波长，获取具有高品质因子的模式；再次，不断调节泵浦光的偏振和微腔与光纤锥之间的耦合，直至模式处于恰耦合状态；最后，关闭泵浦光的波长扫描，将激光器波长设置在远离泵浦模式的蓝失谐处，增加泵浦光的功率后逐渐增大激光器的波长，直至产生稳定的三次谐波信号。
具体的，获取高品质因子可以通过打开激光器的波长扫描，使激光器在中心波长λ附近小范围内持续的重复的扫描，保持扫描频率为10Hz的情况下，观察示波器上的透射谱线。在一个上升沿的范围内，激光器可以实现从短波到长波的扫描，当波长和腔模匹配的时，可在示波器上观察到洛伦兹透射谱。改变中心波长寻找半高宽较窄的模式，从而确定高品质因子的模式。其中，品质因子可以用Q值来表示。Q值可以表示为该处的谐振波长与半高宽之比。
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恰耦合状态指的是调节光纤和微盘腔的耦合位置、泵浦光的偏振态，使透射峰的最低点为0的状态。
本实施例的技术方案，通过波长可调光源提供泵浦光，泵浦光通过光纤中的锥状结构耦合进入光学微腔后，通过偏振控制器调节泵浦光的偏振状态，使得泵浦光和光学微腔的耦合效率发生改变，通过在激光器上施加2Vpp、10Hz的电信号获得波长可调光源在中心波长附近小范围内持续性的波长扫描信号，进而实现从短波到长波的扫描，改变波长可调光源中的中心波长，进一步获取高品质因子的模式；随后调整泵浦光的波长、功率、偏振态以及锥状结构和光学微腔的距离，使得泵浦光在光学微腔传输的过程中，满足泵浦模式和三次谐波模式的品质因子高和匹配程度强的条件，进而在三次谐波***中产生三次谐波。简化了产生三次谐波的复杂过程，降低了三次谐波的理论阈值和产生三次谐波的成本。
在上述技术方案的基础上，图3所示为本发明实施例提供的另一种三次谐波产生***的结构示意图。参考图3，可选的，三次谐波产生***还包括第一耦合器50、光电探测器60、示波器70、第一光谱仪80以及第二光谱仪90；从光学微腔40延伸出的光纤30与第一耦合器50的输入端连接，第一耦合器50的第一输出端与光电探测器60连接，光电探测器60与示波器70连接，第一耦合器50的第二输出端与第一光谱仪80连接，第一耦合器50的第三输出端与第二光谱仪90连接；示波器70用于输出光电探测器60探测的时域波形，第一光谱仪80用于测量三次谐波的光谱，第二光谱仪90用于测量泵浦光的光谱。
可以理解的是，为了验证本发明实施例提供的三次谐波***是否产生了三次谐波，需要进行测试，通过观察示波器70的时域波形和第一光谱仪80测量的光谱，判断是否产生了三次谐波，通过第二光谱仪90测量的光谱，判断泵浦光的信号。在具体实施时，继续参考图3，第一耦合器50可以选用一个三端口的光纤耦合器，第一输出端、第二输出端和第三输出端的分光比值大小不做限定。图4所示为本发明实施例提供的另一种三次谐波产生的***的结构示意图。参考图4，可以代替的第一耦合器50，可以是两个三端口的子耦合器组合而成，第一子耦合器51和第二子耦合器52。在本发明实施例中，两种方式组成的第一耦合器50在具体的实施过程中作用相同。
图5所示为本发明实施例提供的另一种三次谐波产生的***的结构示意图。参考图5，可选的，三次谐波***还包括设置于波长可调光源10和偏振控制器20之间光路上的光放大器11，用于将泵浦光放大。
可以理解的是，在具体实施时，波长可调光源10输出的泵浦光的功率可能较小，无法达到激发出可以发生三次谐波的泵浦光的阈值功率，因此，可以在波长可调光源10和偏振控制器20之间光路上设置光放大器11，以将泵浦光的功率放大到阈值功率之上。
图6所示为本发明实施例提供的另一种三次谐波产生的***的结构示意图。参考图6，可选的，光放大器为半导体光放大器；三次谐波产生***还包括第一准直器12、光隔离器13和第二准直器14；第一准直器12、半导体光放大器、光隔离器13和第二准直器14在波长可调光源10和偏振控制器20之间沿光路依次排列；第一准直器12的输入端与波长可调光源10的输出端耦合，用于将泵浦光准直后输入半导体光放大器；半导体光放大器用于将泵浦光放大；光隔离器13用于使放大后的泵浦光单向传输；第二准直器14的输出端与连接在偏振控制器20的输入端的光纤30连接，第二准直器14用于将放大后的泵浦光耦合入光纤30。
可以理解的是，半导体光放大器一般传输自由空间的光束，波长可调光源10可以通过光纤30输出泵浦光，在经过第一准直器12后，将光纤30中的传输光转变为自由空间中的平行光，并在通过半导体光放大器提高光功率后对泵浦光进行增益放大，在经过光隔离器13后使得放大后的泵浦光只能沿着正向传输，防止背向反射光对半导体光放大器造成损伤，在经过第二准直器14后将功率放大后的自由空间平行光重新耦合进入至光纤30中继续传输。
在另一实施例中，可选的，光放大器11为光纤放大器；波长可调光源10通过光纤30与光纤放大器连接；光纤放大器通过光纤30与偏振控制器20连接。
可以理解的是，光放大器11还可以为光纤放大器，光路只在光纤30中传输，降低光路的耦合难度。在其他实施例中，也可以选用其他类型的光放大器，本发明实施例对此不作限定。
图7所示为本发明实施例提供的另一种三次谐波产生的***的结构示意图。参考图7，可选的，三次谐波产生***还包括第二耦合器100和功率计110；第二耦合器100的输入端通过光纤30与偏振控制器20的输出端连接，第二耦合器100的第一输出端与功率计110连接，光纤30通过第二耦合器100的第二输出端延伸至光学微腔40。
可以理解的是，第二耦合器100的位置在偏振控制器20之后，光学微腔40之前，第二耦合器的输出端可以和功率计110连接，第二耦合器100可以根据实际情况选择不同的光纤耦合器，本发明实施例对此不作限定。功率计110可以检测经过第二耦合器100后泵浦光的功率。
图8所示为本发明实施例提供的另一种三次谐波产生的***的结构示意图。参考图8，可选的，三次谐波产生***还包括衰减器120，衰减器120的输入端通过光纤30与偏振控制器20的输出端连接，衰减器120的输出端通过光纤延伸至光学微腔40。
可以理解的是，衰减器120可以用来调整波长可调光源10提供的泵浦光的输出功率。
可选的，三次谐波产生***中的光学微腔40的衬底41材料包括硅，微盘腔43的材料包括二氧化硅；光学微腔40利用干法刻蚀工艺制备。
可以理解的是，氧化硅材料具体低的吸收能耗，能够获得更好的品质因子，降低三次谐波产生的阈值，并且可以在片上集成的特点，应用于在片上集成氧化硅微腔领域。微盘腔43选用二氧化硅材料，可以与波长可调光源提供的泵浦光的频率良好匹配。利用干法刻蚀工艺制备的光学微腔40的品质因子可以提升一个数量级，模式面积降低至2/3，不考虑模式匹配的情况下，三次谐波的理论阈值降低了超过三个数量级；此外，干法刻蚀工艺的重复性强，光学微腔40的尺寸可控，大小一致。
示例性的，图9为本发明实施例提供的光学微腔的品质因子示意图。参考图9，干法刻蚀工艺制备的二氧化硅微盘腔，厚度为2μm、直径80μm，微盘腔的圆台母线和圆台底面夹角为45°。光学微腔40的品质因子(约1.5×107)，黑线为洛伦兹拟合得到的曲线。
需要说明的是，上述仅是本发明实施例几种示意性的实施例，具体实施时，可以根据实际需求选择所需要的光学器件的组合，以满足实际应用需求。示例性的，图10为本发明实施例提供另一种三次谐波产生的***的结构示意图。本实施例以上述实施例为基础，提供一个具体实例。参考图10，该三次谐波产生***包括波长可调光源10、放大器11、偏振控制器20、光纤30、光学微腔40、第一耦合器50、光电探测器60、示波器70、第一光谱仪80、第二光谱仪90、第二耦合器100、功率计110和衰减器120。其中，波长可调光源10为1550nm可调谐外腔二极管激光器(ECDL，New Focus TBL6328)，光放大器11为掺铒光纤放大器(EDFA)，泵浦光依次通过光放大器器11将泵浦光的功率放大，依次通过偏振控制器20(FPC)、衰减器120(VOA)和光学微腔40，衰减器120通过第二耦合器100将泵浦光分成两路，一路连接功率计收集泵浦光的功率，一路进入光学微腔40。光学微腔40为直径为80μm，厚度为2μm，倾角大约为45°的二氧化硅微盘腔。通过光学微腔40后的泵浦光经过第一耦合器50后，分三路输出。其中，第一路通过光电探测器60(PD)探测，并用示波器70(OSC)监测透射的泵浦激光功率变化，第二路通过第一光谱仪80收集三次谐波的光谱，第三路通过第二光谱仪90收集泵浦光信号和产生的拉曼激光信号。
图11所示为本发明实施例提供的一种三次谐波产生方法的流程示意图，该三次谐波由上述实施例提供的任意一种三次谐波产生***产生，参考图11，该三次谐波产生方法包括：
步骤S110、波长可调光源输出泵浦光，泵浦光通过光纤耦合入光学微腔。
步骤S120、调节泵浦光的波长、功率、偏振态以及锥状结构与光学微腔的距离，使泵浦光在光学微腔中传输时满足三次谐波的相位匹配条件，产生三次谐波。
示例性的，本发明的一个实施例中，首先，通过激光器输出泵浦光，设置泵浦光以低功率耦合入光学微腔，通过在激光器上施加2Vpp、10Hz的电信号，使得波长可调光源在中心波长附近小范围内进行持续性的波长扫描；其次，扫描激光器的中心波长，获取具有高品质因子的模式；再次，不断调节泵浦光的偏振和微腔与光纤锥之间的耦合，直至模式处于恰耦合状态；最后，关闭泵浦光的波长扫描，将激光器波长设置在远离泵浦模式的蓝失谐处，增加泵浦光的功率后逐渐增大激光器的波长，直至产生稳定的三次谐波信号。图12所示为本发明实施例中泵浦光和三次谐波的光谱示意图，此时泵浦光波长为1561.0nm，产生三次谐波的波长为520.06nm，与预期的三次谐波的波长(520.33nm)仅相差0.05％。图13为本实施例提供的一种产生三次谐波时微盘腔的光学显微照片，部分的三次谐波可以从图中观察到。
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种三次谐波产生***，其特征在于，包括波长可调光源、偏振控制器、光纤以及光学微腔；
所述波长可调光源用于提供泵浦光，所述泵浦光耦合入所述光纤；
所述光纤与所述偏振控制器的输入端连接；
所述光纤从所述偏振控制器的输出端延伸至所述光学微腔，延伸至所述光学微腔的所述光纤包括锥状结构，所述光纤通过所述锥状结构与所述光学微腔耦合；
其中，所述光学微腔包括衬底和位于所述衬底一侧的支撑柱和微盘腔；
所述泵浦光通过所述锥状结构耦合入所述光学微腔；
所述偏振控制器用于调节所述光纤中所述泵浦光的偏振态；
调节所述泵浦光的波长、功率、偏振态以及所述锥状结构与所述光学微腔的距离，使所述泵浦光在所述光学微腔中传输时满足三次谐波的相位匹配条件，产生三次谐波。
2.根据权利要求1所述的三次谐波产生***，其特征在于，所述微盘腔的形状为圆台；
所述圆台的母线与所述圆台的底面的夹角大于或等于30°，小于或等于60°。
3.根据权利要求1所述的三次谐波产生***，其特征在于，还包括第一耦合器、光电探测器、示波器、第一光谱仪以及第二光谱仪；
从所述光学微腔延伸出的所述光纤与所述第一耦合器的输入端连接，所述第一耦合器的第一输出端与所述光电探测器连接，所述光电探测器与所述示波器连接，所述第一耦合器的第二输出端与所述第一光谱仪连接，所述第一耦合器的第三输出端与所述第二光谱仪连接；
所述示波器用于输出所述光电探测器探测的时域波形，所述第一光谱仪用于测量所述三次谐波的光谱，所述第二光谱仪用于测量所述泵浦光的光谱。
4.根据权利要求1所述的三次谐波产生***，其特征在于，还包括设置于所述波长可调光源和所述偏振控制器之间光路上的光放大器，用于将所述泵浦光放大。
5.根据权利要求4所述的三次谐波产生***，其特征在于，所述光放大器为半导体光放大器；
所述三次谐波产生***还包括第一准直器、光隔离器和第二准直器；
所述第一准直器、所述半导体光放大器、所述光隔离器和所述第二准直器在所述波长可调光源和所述偏振控制器之间沿光路依次排列；
所述第一准直器的输入端与所述波长可调光源的输出端耦合，用于将所述泵浦光准直后输入所述半导体光放大器；
所述半导体光放大器用于将所述泵浦光放大；
所述光隔离器用于使放大后的泵浦光单向传输；
所述第二准直器的输出端与连接在所述偏振控制器的输入端的所述光纤连接，所述第二准直器用于将放大后的泵浦光耦合入所述光纤。
6.根据权利要求4所述的三次谐波产生***，其特征在于，所述光放大器为光纤放大器；
所述波长可调光源通过所述光纤与所述光纤放大器连接；
所述光纤放大器通过所述光纤与所述偏振控制器连接。
7.根据权利要求1所述的三次谐波产生***，其特征在于，还包括第二耦合器和功率计；
所述第二耦合器的输入端通过所述光纤与所述偏振控制器的输出端连接，所述第二耦合器的第一输出端与所述功率计连接，所述光纤通过所述第二耦合器的第二输出端延伸至所述光学微腔。
8.根据权利要求1所述的三次谐波产生***，其特征在于，还包括衰减器，所述衰减器的输入端通过所述光纤与所述偏振控制器的输出端连接，所述衰减器的输出端通过所述光纤延伸至所述光学微腔。
9.根据权利要求1所述的三次谐波产生***，其特征在于，所述光学微腔的衬底材料包括硅，所述微盘腔的材料包括二氧化硅；
所述光学微腔利用干法刻蚀工艺制备。
10.一种三次谐波产生方法，其特征在于，利用权利要求1～9任一所述的三次谐波产生***输出三次谐波，包括：
波长可调光源输出泵浦光，所述泵浦光通过光纤耦合入光学微腔；
调节所述泵浦光的波长、功率、偏振态以及锥状结构与所述光学微腔的距离，使所述泵浦光在所述光学微腔中传输时满足三次谐波的相位匹配条件，产生三次谐波。
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