專(zhuān)利名稱(chēng)：激光鎖模器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于激光技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種激光鎖模器。
背景技術(shù)：
激光鎖模器能夠使激光器輸出的不同模式之間保持固定的相位關(guān)系，這時(shí)的輸出強(qiáng)度不再是隨機(jī)性的變化或者近似為常數(shù)，而是由于不同模式的激光周期性的建立起干涉，導(dǎo)致產(chǎn)生脈沖激光。這樣的激光器被稱(chēng)為鎖模激光器或者鎖相激光器，是產(chǎn)生超短脈沖激光如飛秒激光和皮秒激光最有效的方式。目前常用的鎖模方式有主動(dòng)鎖模和被動(dòng)鎖模，由于被動(dòng)鎖模技術(shù)難度小，性能穩(wěn)定，目前大部分商業(yè)化超快激光器都采用被動(dòng)鎖模的方式。 被動(dòng)鎖模不需要向激光器引入外部信號(hào)(如調(diào)制器的驅(qū)動(dòng)信號(hào)等等)來(lái)產(chǎn)生脈沖，它們通常是使用激光腔中的光波來(lái)引起激光腔內(nèi)某個(gè)元件的變化，而這個(gè)元件的變化又會(huì)引起腔內(nèi)光的變化。通常使用的器件是一個(gè)飽和吸收體。這個(gè)器件會(huì)在是一種透射率與光強(qiáng)相關(guān)的器件。這意味著這個(gè)器件會(huì)在光線(xiàn)通過(guò)時(shí)依據(jù)光線(xiàn)的不同強(qiáng)度而有不同的表現(xiàn)。對(duì)于無(wú)源鎖模來(lái)說(shuō)，理想的飽和吸收體會(huì)將低強(qiáng)度的光吸收，而在光強(qiáng)足夠高時(shí)讓其穿過(guò)。當(dāng)將飽和吸收體放置在激光腔中的時(shí)候，低強(qiáng)度的激光會(huì)被衰減，然而由于未鎖模的激光的強(qiáng)度具有隨機(jī)變化，隨機(jī)產(chǎn)生的光強(qiáng)會(huì)足夠大從而能夠透射出飽和吸收體。由于光在激光腔中振蕩，這個(gè)過(guò)程不停地重復(fù)，使得高強(qiáng)度的激光被放大，而低強(qiáng)度的光被吸收。振蕩很多次以后，就會(huì)產(chǎn)生一系列的光脈沖，而激光也被鎖模。通常飽和吸收體是液態(tài)的有機(jī)染料，如若丹名6G，也有一些是使用摻雜晶體，如Cr: YAG和半導(dǎo)體飽和吸收體。最近，人們發(fā)現(xiàn)石墨烯可以在從可見(jiàn)光到近紅外光的范圍內(nèi)產(chǎn)生飽和吸收，而與單壁碳納米管相比，它的不飽和損失更小、損壞閾值也更高。因此提出一種新型的鎖模器件，利用波導(dǎo)陣列的消逝波耦合和波導(dǎo)陣列基地材料的非線(xiàn)性效應(yīng)，實(shí)現(xiàn)類(lèi)似于傳統(tǒng)飽和吸收體的波導(dǎo)鎖模器件。其優(yōu)點(diǎn)在于適應(yīng)波長(zhǎng)范圍非常寬；鎖模器的輸出透過(guò)率可以根據(jù)設(shè)計(jì)需要任意改變；損傷閾值非常高，僅受波導(dǎo)基質(zhì)材料的激光損傷閾值限制。

實(shí)用新型內(nèi)容為了解決背景技術(shù)中存在的上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型提供了一種可直接集成到波導(dǎo)芯片激光器內(nèi)部、適應(yīng)波長(zhǎng)范圍寬、損傷閾值高以及制作工藝簡(jiǎn)單的激光鎖模器。本實(shí)用新型的技術(shù)解決方案是本實(shí)用新型提供了一種激光鎖模器，其特殊之處在于所述激光鎖模器是波導(dǎo)陣列。上述波導(dǎo)陣列包括兩根或兩根以上的波導(dǎo)。上述波導(dǎo)陣列包括兩根波導(dǎo)時(shí)，所述波導(dǎo)陣列是由兩根波導(dǎo)并行設(shè)置而成。上述波導(dǎo)陣列包括兩根以上的波導(dǎo)時(shí)，所述波導(dǎo)陣列以其中任一根波導(dǎo)為中心形成中心波導(dǎo)，其它波導(dǎo)環(huán)繞設(shè)置在中心波導(dǎo)周?chē)?上述波導(dǎo)陣列中波導(dǎo)的波導(dǎo)參數(shù)是相同的。上述波導(dǎo)陣列中的波導(dǎo)是直線(xiàn)的或彎曲的。上述波導(dǎo)陣列中波導(dǎo)的波導(dǎo)參數(shù)是不同的。上述波導(dǎo)陣列中的波導(dǎo)是直線(xiàn)的或彎曲的。本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)是與目前廣泛采用的半導(dǎo)體飽和吸收體相比，本實(shí)用新型的激光鎖模器是波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，可直接與現(xiàn)有的光線(xiàn)激光器連接或者集成到波導(dǎo)芯片激光器內(nèi)部；另外與半導(dǎo)體飽和吸收體鎖模器相比，波導(dǎo)結(jié)構(gòu)對(duì)激光運(yùn)行波長(zhǎng)不敏感，能夠?qū)崿F(xiàn)各種波段的激光鎖模；與現(xiàn)有的鎖模器相比，波導(dǎo)激光鎖模器恢復(fù)時(shí)間更快，可以實(shí)現(xiàn)更短的鎖模脈沖輸出；由于該鎖 模器在光學(xué)玻璃甚至是石英玻璃內(nèi)部制作，損失閾值與基質(zhì)材料有關(guān)，可以實(shí)現(xiàn)極高損傷閾值的器件；該波導(dǎo)鎖模器可以用飛秒激光光刻波導(dǎo)技術(shù)直接刻寫(xiě)，制作工藝簡(jiǎn)單，生產(chǎn)效率高。

圖I是本實(shí)用新型所提供的激光鎖模器的原理示意圖；圖2是本實(shí)用新型所提供的激光鎖模器的第一實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本實(shí)用新型所提供的激光鎖模器的側(cè)面結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是本實(shí)用新型所提供的不同激光鎖模器的側(cè)面結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
參見(jiàn)圖1，本實(shí)用新型提供了一種激光鎖模器，該激光鎖模器是波導(dǎo)陣列，其包括兩根或兩根以上的波導(dǎo)。如果包括兩根波導(dǎo)時(shí)，波導(dǎo)陣列是由兩根波導(dǎo)并行設(shè)置而成；如果包括兩根以上的波導(dǎo)時(shí)，波導(dǎo)陣列以其中任一根波導(dǎo)為中心形成中心波導(dǎo)，其它波導(dǎo)環(huán)繞設(shè)置在中心波導(dǎo)周?chē)?。波?dǎo)陣列中波導(dǎo)的波導(dǎo)參數(shù)是相同的或不同的；波導(dǎo)陣列中的波導(dǎo)是直線(xiàn)的或彎曲的。其本實(shí)用新型的工作原理是一排波導(dǎo)參數(shù)相同的或者不同的波導(dǎo)組成，波導(dǎo)可以是直線(xiàn)的，也可以是彎曲的(參見(jiàn)圖2所示)。當(dāng)波導(dǎo)陣列插入激光諧振腔內(nèi)，波導(dǎo)陣列其中的一根波導(dǎo)和激光腔組成諧振腔。功率很低時(shí)，注入波導(dǎo)0內(nèi)功率通過(guò)消逝波耦合到波導(dǎo)21和波導(dǎo)11，波導(dǎo)21內(nèi)的功率再耦合到波導(dǎo)22和0 ;波導(dǎo)11內(nèi)的功率再耦合到波導(dǎo)12和0，以此類(lèi)推；這樣波導(dǎo)陣列的損耗很大，激光器不能工作。消逝波耦合能力即耦合系數(shù)與波導(dǎo)的直徑、折射率變化、波導(dǎo)之間的間距以及激光參數(shù)有關(guān)。通常，波導(dǎo)之間的間距越大，耦合常數(shù)越?。辉蚴遣▽?dǎo)間距越大，在第二根波導(dǎo)位置的消逝場(chǎng)就越弱，耦合就越困難。而波長(zhǎng)越長(zhǎng)，在第二根波導(dǎo)位置的消逝場(chǎng)就越強(qiáng)，所以耦合系數(shù)隨著波長(zhǎng)的增長(zhǎng)而增大。波導(dǎo)直徑越大，耦合系數(shù)越小，是因?yàn)椴▽?dǎo)直徑越大，限制模式的能力就越強(qiáng)，耦合就越困難。當(dāng)功率比較高時(shí)，介質(zhì)的非線(xiàn)性折射率由于電場(chǎng)的影響而產(chǎn)生變化，材料的非線(xiàn)性變得重要，此時(shí)伴隨著峰值功率的增加，非線(xiàn)性折射率就會(huì)達(dá)到波導(dǎo)折射率差的數(shù)量級(jí)，波導(dǎo)消逝差耦合能力下降，中心波導(dǎo)透過(guò)率增加，其效果與飽和吸收體完全相同。功率超過(guò)一定值時(shí)，注入功率的絕大部分從注入波導(dǎo)輸出，形成孤子。[0023]由飛秒脈沖激光光刻波導(dǎo)技術(shù)、離子束注入或者離子交換的方法在熔融石英、摻雜的激光玻璃、高非線(xiàn)性?xún)?nèi)刻寫(xiě)波導(dǎo)陣列，波導(dǎo)的長(zhǎng)度取決于設(shè)計(jì)的需要，通常在Imm到IOOmm之間。參見(jiàn)圖2，所有的波導(dǎo)陣列的結(jié)構(gòu)可以是直線(xiàn)型的，也可以是彎曲的。低功率的透過(guò)率可以通過(guò)波導(dǎo)的長(zhǎng)度來(lái)控制。波導(dǎo)陣列的結(jié)構(gòu)可以是一維的，也可以是二維的，參見(jiàn)圖3，本實(shí)用新型所提供的波導(dǎo)陣列側(cè)面表示波導(dǎo)陣列側(cè)面的空間分布，中間的波導(dǎo)表示激光諧振腔通過(guò)的波導(dǎo)，可以認(rèn)為激光從改波導(dǎo)注入。注入波導(dǎo)將功率耦合到其他波導(dǎo)時(shí)，其他波導(dǎo)也向注入波導(dǎo)耦合一部分功率，因此二維波導(dǎo)的初始透過(guò)率大于0，與波導(dǎo)結(jié)構(gòu)相關(guān)；通過(guò)更改波導(dǎo)結(jié)構(gòu)和尺寸可以在0到99%之間改變。 參見(jiàn)圖4，為了結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可以設(shè)計(jì)如圖所示的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，其中，圖4. I是波導(dǎo)分布為3角形、圖4. 2是四邊形、圖4. 3是五邊形、圖4. 4是六邊形，七變形，八變形，甚至十變形。由于分布是對(duì)稱(chēng)的，更容易設(shè)計(jì)、仿真和加工。注入波導(dǎo)的波導(dǎo)參數(shù)可以與其他波導(dǎo)不同，這樣更有利于控制初始透過(guò)率和調(diào)制深度。本實(shí)用新型所提供的波導(dǎo)可以在光學(xué)玻璃內(nèi)、半導(dǎo)體內(nèi)或者光學(xué)晶體內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種激光鎖模器，其特征在于所述激光鎖模器是波導(dǎo)陣列。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的激光鎖模器，其特征在于所述波導(dǎo)陣列包括兩根或兩根以上的波導(dǎo)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的激光鎖模器，其特征在于所述波導(dǎo)陣列包括兩根波導(dǎo)時(shí)，所述波導(dǎo)陣列是由兩根波導(dǎo)并行設(shè)置而成。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的激光鎖模器，其特征在于所述波導(dǎo)陣列包括兩根以上的波導(dǎo)時(shí)，所述波導(dǎo)陣列以其中任一根波導(dǎo)為中心形成中心波導(dǎo)，其它波導(dǎo)環(huán)繞設(shè)置在中心波導(dǎo)周?chē)?br> 5.根據(jù)權(quán)利要求2或3或4所述的激光鎖模器，其特征在于所述波導(dǎo)陣列中波導(dǎo)的波導(dǎo)參數(shù)是相同的。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的激光鎖模器，其特征在于所述波導(dǎo)陣列中的波導(dǎo)是直線(xiàn)的或彎曲的。
7.根據(jù)權(quán)利要求2或3或4所述的激光鎖模器，其特征在于；所述波導(dǎo)陣列中波導(dǎo)的波導(dǎo)參數(shù)是不同的。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的激光鎖模器，其特征在于所述波導(dǎo)陣列中的波導(dǎo)是直線(xiàn)的或彎曲的。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型涉及一種激光鎖模器，該激光鎖模器是波導(dǎo)陣列。本實(shí)用新型提供了一種可直接集成到波導(dǎo)芯片激光器內(nèi)部、適應(yīng)波長(zhǎng)范圍寬、損傷閾值高以及制作工藝簡(jiǎn)單的激光鎖模器。
文檔編號(hào)H01S3/098GK202474537SQ20122005660
公開(kāi)日2012年10月3日 申請(qǐng)日期2012年2月21日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月21日
發(fā)明者白晶, 程光華, 趙衛(wèi) 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院西安光學(xué)精密機(jī)械研究所