激光制冷器及激光制冷方法技术

本发明专利技术涉及一种激光制冷器及激光制冷方法，包括泵浦激光源、体波导以及反射镜。泵浦激光源发射连续激光作为入射光；体波导为含有硅空位缺陷中心的单晶金刚石材料，体波导为设有斜切角的立方体，斜切角形成断面，入射光于断面射入体波导，入射光经体波导传递后形成出射光，入射光在体波导的内部进行多次全反射；出射光射于反射镜后形成反射光，反射光返回射入断面。该激光制冷器，利用硅空位缺陷中心作为制冷介质，并通过将体波导开设斜切角，利用入射光在体波导内形成全发射，增加了泵浦光与缺陷中心的相互作用距离，制作工艺更加简单，提高了泵浦光的利用效率，提升了激光制冷器的制冷效率，增加了泵浦光与缺陷中心的作用距离，适用于实际应用。适用于实际应用。适用于实际应用。

【技术实现步骤摘要】
激光制冷器及激光制冷方法


[0001]本专利技术涉及半导体制冷
，特别是涉及激光制冷器及激光制冷方法。

技术介绍

[0002]随着半导体制冷技术在航空航天、生物医药等领域的重要性逐渐显现，半导体制冷技术也逐渐成为研发的焦点。传统的制冷方法主要为热电制冷，即利用帕尔贴效应实现制冷的方法。相比传统的制冷手段，激光制冷在工作过程中无机械振动、无需磁场电场、全光性、无需机械设备以及制冷剂参与，是一种非常理想的制冷方案，适用于许多特殊领域。尤其是在一些特殊的军事领域中，传统制冷手段难以应用。作为一项重要的降温技术，激光制冷技术的快速发展必然推进新一代制冷技术的实用化。
[0003]当前的高效的激光制冷技术中，主要有光学微腔制冷技术。由于光学微腔对光有局限作用，可以使光在微腔表面不断的全反射，从而增加泵浦光与物质的相互作用距离，最终提高制冷效率。然而传统的光学微腔尺寸在微米量级，加工过程涉及光刻、刻蚀等工艺，较为复杂繁琐。

技术实现思路

[0004]基于此，有必要针对现有激光制冷技术器存在制作过程相对复杂的问题，提供一种激光制冷器及激光制冷方法。
[0005]一种激光制冷器，包括：
[0006]泵浦激光源，所述泵浦激光源发射连续激光作为入射光；
[0007]体波导，所述体波导为含有硅空位缺陷中心的单晶金刚石材料，所述体波导为设有斜切角的立方体，所述斜切角形成断面，所述入射光于所述断面射入所述体波导，所述入射光经所述体波导传递后形成出射光，所述入射光在所述体波导的内部进行多次全反射；
[0008]反射镜，所述出射光射于所述反射镜后形成反射光，所述反射光返回射入所述断面。
[0009]上述激光制冷器，利用含有硅空位缺陷中心的金刚石作为体波导的材料，利用硅空位缺陷中心作为制冷介质，并通过泵浦激光源发射连续激光作为入射光照射金刚石体波导，从而实现激光制冷；通过将含有硅空位缺陷中心的金刚石体波导开设斜切角，利用入射光射入斜切角的断面在金刚石体波导的边界形成全发射，从而形成体波导，束缚了泵浦光，增加了泵浦光与缺陷中心的相互作用距离，同时相比于光学微腔等制冷技术，开设斜切角的金刚石体波导的制作工艺更加简单；通过设置反射镜使出射光重新反射回体波导中，提高了泵浦光的利用效率，从而提升了激光制冷器的制冷效率，并进一步增加了泵浦光与缺陷中心的作用距离，更加适用于实际应用。
[0010]在其中一个实施例中，所述斜切角的斜切角度为35
°‑
55
°
。
[0011]在其中一个实施例中，所述泵浦激光源发射的连续激光波长为760nm
‑
800nm。
[0012]在其中一个实施例中，所述泵浦激光源为钛宝石激光源。
[0013]在其中一个实施例中，所述激光制冷器还包括滤波器，所述滤波器设于所述泵浦激光源与所述体波导之间。
[0014]在其中一个实施例中，所述激光制冷器还包括第一光学透镜组，所述第一光学透镜组设于所述滤波器与所述体波导之间。
[0015]在其中一个实施例中，所述激光制冷器还包括第二光学透镜组，所述第二光学透镜组设于所述体波导与所述反射镜之间。
[0016]在其中一个实施例中，所述激光制冷器还包括第一光纤与第二光纤，所述第一光纤的一端朝向所述泵浦激光源，另一端朝向所述体波导用于传递所述入射光；及所述第二光纤的一端朝向所述体波导，另一端朝向所述反射镜用于传递所述出射光以及所述反射光。
[0017]在其中一个实施例中，所述第一光纤与所述第二光纤均为低损耗光纤。
[0018]在其中一个实施例中，所述反射镜垂直设置于所述出射光。
[0019]一种激光制冷方法，包括如下步骤：
[0020]泵浦激光源发射连续激光作为入射光至体波导使所述体波导降温，所述体波导为含有硅空位缺陷中心的单晶金刚石材料，所述体波导为具有斜切角的立方体，所述斜切角形成断面；所述入射光于所述断面射入所述体波导，所述入射光在所述体波导的内部进行多次全反射使所述体波导进一步降温，所述入射光经所述体波导传递后形成出射光；所述出射光射于反射镜后形成反射光，所述反射光返回射入所述断面使所述体波导再次降温。
[0021]上述激光制冷方法，利用含有硅空位缺陷中心的金刚石作为体波导的材料，利用硅空位缺陷中心作为制冷介质，并通过泵浦激光源发射连续激光作为入射光照射金刚石体波导，从而实现激光制冷；通过将含有硅空位缺陷中心的金刚石体波导开设斜切角，利用入射光射入斜切角的断面在金刚石体波导的边界形成全发射，从而形成体波动，束缚了泵浦光，增加了泵浦光与缺陷中心的相互作用距离，同时相比于光学微腔等制冷技术，开设斜切角的金刚石体波导的制作工艺更加简单；通过设置反射镜使出射光重新反射回体波导中，提高了泵浦光的利用效率，从而提升了激光制冷器的制冷效率，并进一步增加了泵浦光与缺陷中心的作用距离，更加适用于实际应用。
附图说明
[0022]图1为一实施例的激光制冷器的结构示意图；
[0023]图2为图1中入射光在体波导的内部进行传输的示意图；
[0024]图3为含有硅空位缺陷中心的金刚石材料产生反斯托克斯激光制冷的原理示意图；
[0025]图4为入射光在体波导内发生全发射的最大传输距离与入射角θ1之间关系的示意图。
[0026]图中：
[0027]1、泵浦激光源；2、入射光；3、滤波器；4、第一光学透镜组；5、第一光纤；6、体波导；7、第二光纤；8、第二光学透镜组；9、出射光；10、反射镜。
具体实施方式
[0028]为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本专利技术的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本专利技术。但是本专利技术能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本专利技术内涵的情况下做类似改进，因此本专利技术不受下面公开的具体实施例的限制。
[0029]请参考图1，一实施例中的激光制冷器，包括泵浦激光源1、体波导6以及反射镜10。泵浦激光源1发射连续激光作为入射光2。进一步地，泵浦激光源1为钛宝石激光源，由于钛宝石激光源具有能够实现原子态的精细控制，从而本实施例中使用钛宝石激光源能够使得本激光制冷器获得更加精细的激光发射控制。在其他实施例中，泵浦激光源1也可采用其他激光源。
[0030]体波导6为含有硅空位缺陷中心的单晶金刚石材料，体波导6为设有斜切角的立方体，斜切角形成断面，入射光2于断面射入体波导6，入射光2经体波导6传递后形成出射光9，入射光2在体波导6的内部进行多次全反射。请参考图2，图2示出了入射光2在体波导6的内部进行传输的示意图。由于单晶金刚石材料具有反射临界角较小、全反射范围较宽、反射光量较大的特点，单晶金刚石中更容易对激光产生全反射效应。可以看出，相比于普通的光传输介质，利用单晶金刚石的优异特性能够延长激光在体波导内的传输距离，提升激光与硅空位缺陷中心的接触时间，从而极大本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种激光制冷器，其特征在于，所述激光制冷器包括：泵浦激光源，所述泵浦激光源发射连续激光作为入射光；体波导，所述体波导为含有硅空位缺陷中心的单晶金刚石材料，所述体波导为设有斜切角的立方体，所述斜切角形成断面，所述入射光于所述断面射入所述体波导，所述入射光能在所述体波导的内部进行多次全反射，所述入射光经所述体波导传递后形成出射光；反射镜，所述出射光射于所述反射镜后形成反射光，所述反射光能返回射入所述断面。2.根据权利要求1所述的激光制冷器，其特征在于，所述斜切角的斜切角度为35
°‑
55
°
。3.根据权利要求1所述的激光制冷器，其特征在于，所述泵浦激光源发射的连续激光波长为760nm
‑
800nm。4.根据权利要求1所述的激光制冷器，其特征在于，所述泵浦激光源为钛宝石激光源。5.根据权利要求1所述的激光制冷器，其特征在于，所述激光制冷器还包括滤波器，所述滤波器设于所述泵浦激光源与所述体波导之间。6.根据权利要求5所述的激光制冷器，其特征在于，所述激光制冷器还包括第一光学透镜组，所述第一光学透镜组设于所述滤波器与所述体波导...

【专利技术属性】
技术研发人员：高远飞，张俊，
申请(专利权)人：北京量子信息科学研究院，
类型：发明
国别省市：