硅基超連續譜的研究進展
4.孤子分裂與超連續譜的產生
從上面的實驗結論可以看到，由于存在雙光子吸收對脈沖功率的損耗，利用spm 并不能得到較大的展寬。為了克服這一缺點，必須在tpa 帶來大的損失前實現頻譜展寬。此時，可以借鑒光纖中孤子分裂以及超連續譜產生的方法，利用高階孤子在波導入射端的孤子分裂現象來得到頻譜的展寬。
年，richard m. osgood. jr 等人觀察到展寬350 nm 的超連續譜[6]。硅波導橫截面積520220 nm2，長4.7 mm，入射脈沖脈寬100 fs，周期250 khz。中心波長在1300 nm 到1600nm 之間變化，此波長范圍正處于波導的反常色散區，能夠得到更有效的超連續譜。實驗結果如圖4 所示，隨著入射峰值功率的增加展寬也逐漸增加。在λ<1700 nm 時，雙光子吸收對最大功率有限制作用，但仍能得到較大展寬。
此外他們還觀察了超連續譜對波長的依賴性。從圖5 中可以看到，中心波長越靠近零色散區（zgvd),出射光譜展寬越大。這是由于在零色散區線性色散小，非線性作用在脈沖傳播過程中占據主要地位。在短波方向有突起的平滑的峰，由于短波方向的光學損耗大，隨著中心波長向短波方向移動，峰值越來越小，因此短波方向頻譜展寬受到限制。三階色散微擾導致的孤子分裂以及孤子輻射的影響，在長波方向突起的峰，隨著中心波長向長波方向移動，峰值越來越大，這對超連續譜的產生有著決定性作用。
同年，lianghong yin 等人通過數值模擬利用入射飛秒脈沖作為高階孤子得到展寬達400nm 的超連續譜[7]。模擬用直波導截面寬0.8 μm，高0.7 μm，長1.2 cm，入射脈沖帶寬50 fs、峰值功率25 w。此時，入射光脈寬遠小于自由載流子壽命，而脈沖周期大于自由載流子壽命，故自由載流子吸收在超連續譜的產生過程中不起重要作用。同時從理論上得出雙光子吸收只對輸入的最大功率有銜制作用，而不影響超連續譜的產生。并且由于si 的晶格結構，使得受激拉曼散射依賴于硅波導的結構以及入射光的偏振特性，故合理選擇硅波導的結構以及入射光的偏振特性，可以忽略受激拉曼散射的影響。模擬中使用n=3 的三階孤子脈沖，在三階色散的微擾下分裂成為低階孤子并伴有色散波，此時出射脈沖得到較大展寬，結果如圖6 所示。這是自硅波導超連續譜研究以來在硅波導中能產生的最寬的光譜。
5.硅基超連續譜的應用
隨著波分復用技術的廣泛應用，為了尋找更好的光源，掀起對超連續譜光源的研究熱潮。
硅波導中產生超連續譜將使全光網絡向小型化發展，前景誘人，將硅基波導中產生的超連續譜應用到實際，將為全光網絡翻開嶄新的一頁。
波分復用技術是光通信系統的一大優勢，要實現能夠高速傳遞信號的片上光通訊系統，波分復用技術是必不可少的，而超連續譜這是一種有效的解決方案。 年，jalali 研究小組成功實現超連續譜的硅基集成化并將展示了其在波分復用系統中的應用潛力[8]。實驗中，他們將微盤共振器與硅波導共同集成在一個三維芯片上，使用未集成在芯片上的脈寬為3 ps的激光脈沖作為入射光，脈沖沿著硅波導傳播，利用自相位調制效應得到展寬的光譜，然后以微盤共振器作為光濾波器將超連續譜中不同的光譜成分有硅波導中分別導出，從而實現多個波長信道。實驗中硅波導與微盤共振器的集成和工作原理如圖7 所示。該裝置得到的最遠信道離入射脈沖中心波長3.1 nm，使硅基超連續譜應用于片上集成的波分復用技術成為可能。