可调谐光学微腔拉曼激光器制造技术

本发明专利技术涉及激光器领域，具体为可调谐光学微腔拉曼激光器和可调谐光学微腔掺杂激光器。可调谐光学微腔拉曼激光器，包括第一泵浦源、光学微腔、耦合器件和温控装置，第一泵浦源和光学微腔通过耦合器件连接且光学微腔位于温控装置的温控范围内；可调谐光学微腔掺杂激光器，包括产生980nm或1480nm泵浦光的第二泵浦源、掺杂光学微腔、耦合器件、波分复用器和温控装置，第二泵浦源、掺杂光学微腔和波分复用器通过耦合器件连接且掺杂光学微腔位于温控装置的温控范围内。本发明专利技术结构简单、体积小，Q值高，便于后续的集成化应用，通过对光学微腔温度的控制实现对出射激光波长的调谐，调谐机制简单、方便、效率高。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及激光器领域，具体为可调谐光学微腔拉曼激光器和可调谐光学微腔掺 杂激光器。
技术介绍
可调谐光纤激光器是现代光纤通讯系统关键部件，具有与光纤天然的兼容性以及 优质的光束质量，也常用于医学、光纤传感和光谱分析领域。随着通信容量的增加和光纤制 造技术的发展，可调谐光纤激光器越来越受到重视并逐步得到应用。但是在实际应用中，人 们发现目前市场上的各种类型的可调谐光纤激光器都存在一些难以克服的问题。 现有的可调谐拉曼光纤激光器的结构主要包括泵浦源、谐振腔、增益介质和声光 可调谐滤波器，一般采用光栅对或级联的方式组成谐振腔，利用较长的高非线性光纤作为 增益介质，其输出波长取决于泵浦源波长和增益介质的拉曼频移，并通过声光可调谐滤波 器进行输出波长的调谐。这种结构的可调谐拉曼光纤激光器存在的问题是：（1)采用较长 光纤作为非线性增益介质，体积相对较大；（2)谐振腔采用多对光纤布拉格光栅（FBG)级联 的形式，常规FBG反射带宽较窄，使得激光器的转换效率受到限制；(3)无法与通讯系统的 芯片做到很好的集成，无法大规模集成开发和应用；(4) Q值较低，激光器的转换效率较低， 阈值较高，相对强度噪声较高；(5)激光器的调谐机制通常采用滤波器调谐和热调谐等形 式，滤波器调谐，需引入额外光学器件，加大了系统的复杂度以及插入损耗，提高了激光器 的成本；对于热调谐而言，需采用大面积加热，加热效率较低。 现有的可调谐掺杂光纤激光器的结构主要包括泵浦源、增益介质（即掺稀土离子 光纤）、谐振腔和波长选择器件，泵浦源的能量激励光纤中的掺杂稀土离子跃迀到高能级， 这些离子经过无辐射跃迀到亚稳态的激光上能级，形成粒子数反转，再跃迀到激光下能级 产生光子，光子在谐振腔中振荡放大后形成激光输出，并通过波长选择器件进行输出波长 的调谐。这种结构的可调谐掺杂光纤激光器存在的问题是：（1)采用较长光纤作为增益介 质，体积相对较大，限制了其在对尺寸有特殊要求的场合的应用，应用不便；（2)无法与现 代通讯系统的芯片做到很好的集成，难以大规模集成开发和应用；(3)Q值较低，激光器的 转换效率较低，阈值较高；(4)激光器的调谐机制多采用光纤光栅调谐、热调谐、光纤环形 镜调谐和滤波器调谐等形式，其中光纤光栅调谐，受裸光纤光栅的温度、应变响应灵敏度的 限制，调谐范围很窄；对于热调谐而言，需采用大面积加热，加热效率较低；光纤环形镜调 谐和滤波器调谐均需引入额外光学器件，加大了系统的复杂度以及插入损耗，提高了激光 器的成本；上述几种方式的调谐机制均存在缺陷，且不适合现代光纤通讯系统光学器件小 型化、集成化的需求。 因此，有必要提供一种改进的技术方案，来解决传统可调谐光纤激光器所存在的 问题。 随着人们对光学微腔的研宄不断深入，基于光学微腔的激光器逐渐成为激光器的 新发展趋势。 光学微腔，是指具有高品质因子⑷）且尺寸可与光波长相比拟的光学谐振腔。目 前的光学微腔的形状主要包括微环、微球、微盘、微柱、微芯圆环和变形腔等。而这其中，基 于回音壁模式的光学微腔最具代表性。 回音壁模式，源于声学领域，其原理是声波可以不断地在弯曲光滑的墙面反射 而损耗很小，所以声音可以沿着墙壁传播很远的距离，这种效应被称为耳语回廊模式 (WhisperingGalleryMode,WGM)即回音壁模式，典型的应用是著名的北京天坛回音壁。类 似于声波在墙面反射，当光在从光密向光疏介质入射且入射角足够大时，也可以在两种介 质表面发生全反射，那么在弯曲的高折射率介质界面也存在光学回音壁模式。在闭合腔体 的边界内，光则可以一直被囚禁在腔体内部保持稳定的行波传输模式。 基于光学微腔的激光器是在激光器的结构中用光学微腔代替传统的谐振腔，由于 光学微腔的高Q值，使得基于光学微腔的激光器相较于传统的光纤激光器具有优良的特 性。随着光学微腔技术的不断发展，它在激光器领域的应用也越来也广泛，例如基于光学微 腔的拉曼激光器和基于光学微腔的掺杂激光器，但是关于可调谐的光学微腔激光器的研宄 却几乎处于空白阶段，尚未找到任何相关技术资料。
技术实现思路
针对现有技术中可调谐光纤激光器存在的问题，本专利技术提供一种新型的基于在半 导体芯片上制备出的回音壁式光学微腔的可调谐拉曼激光器和可调谐掺杂激光器。 为实现以上技术目的，本专利技术的技术方案是： 可调谐光学微腔拉曼激光器，包括第一泵浦源、光学微腔和耦合器件，所述第一泵 浦源和光学微腔通过耦合器件连接，还包括温控装置，所述光学微腔位于温控装置的温控 范围内。 该技术方案的优点是： 1.不需使用较长光纤作为非线性增益介质，泵浦光在光学微腔内发生受激拉曼散 射，产生拉曼频移，使得激光器结构简单，体积小，便于在各种场合应用。 2.通过温控装置对光学微腔实现温度控制，从而实现对光学微腔输出激光波长的 调谐，调谐机制简单、方便、效率高。 3.光学微腔代替传统谐振腔，Q值较高，转换效率较高，阈值较低，相对强度噪声 较低。 4.光学微腔在半导体芯片上制备，便于与后续连接的其他系统芯片集成，有利于 大规模开发和应用。 作为改进，还包括偏振控制器，所述偏振控制器连接在第一泵浦源和耦合器件之 间；用于调谐泵浦光偏振特性，提高耦合效率。 作为优选，所述光学微腔的制成材料为二氧化硅、聚合物、半导体和氟化钙的任意 一种；根据不同制成材料各自的优点，选择合适的场合应用。 作为优选，所述光学微腔的结构为微环、微球、微盘、微柱、微芯圆环和变形腔的任 意一种；光学微腔多种结构可选，根据不同结构的特点，选择适合的场合应用。 作为改进，所述光学微腔内表面有镀层，所述镀层为金属材料镀层或其他材料镀 层；增加镀层，改善光学微腔的物理特性，增加其热传导效率，提高温控装置对其控制的精 度。 作为优选，所述耦合器件为光纤锥、一端斜抛光的光纤、波导和棱镜的任意一种； 多种耦合器件可选，根据不同耦合器件各自的特点，选择适合的场合应用。 为实现以上技术目的，本专利技术的另一个技术方案是： 可调谐光学微腔掺杂激光器，包括用于产生980nm或1480nm泵浦光的第二泵浦 源、掺杂有有源增益物质的掺杂光学微腔、耦合器件和波分复用器，所述第二泵浦源、掺杂 光学微腔和波分复用器通过耦合器件连接，还包括温控装置，所述掺杂光学微腔位于温控 装置的温控范围内。 该技术方案的优点是： 1.光学微腔的掺杂物质为增益介质，不需要较长光纤作为增益介质，使得激光器 结构简单，体积小，便于在各种场合应用。 2.通过温控装置对光学微腔实现温度控制，从而实现对光学微腔输出激光波长的 调谐，调谐机制简单、方便、效率高。 3.光学微腔在半导体芯片上制备，便于与后续连接的其他系统芯片集成，有利于 大规模开发和应用。 4.光学微腔代替传统谐振腔，Q值较高，转换效率较高，阈值较低，相对强度噪声 较低。 作为改进，还包括偏振控制器，所述偏振控制器连接在第二泵浦源和耦合器件之 间；用于调谐泵浦光偏振特性，提高耦合效率。当前第1页1 2 3 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种可调谐光学微腔拉曼激光器，包括第一泵浦源(1)、光学微腔(2)和耦合器件(3)，所述第一泵浦源(1)和光学微腔(2)通过耦合器件(3)连接，其特征在于：还包括温控装置(4)，所述光学微腔(2)位于温控装置(4)的温控范围内。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：吕亮，杨兰，俞本立，王德辉，周俊峰，向荣，殷光军，
申请(专利权)人：安徽大学，
类型：发明
国别省市：安徽;34