可調(diào)諧光學(xué)微腔拉曼激光器和可調(diào)諧光學(xué)微腔摻雜激光器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及激光器領(lǐng)域，具體為可調(diào)諧光學(xué)微腔拉曼激光器和可調(diào)諧光學(xué)微腔摻 雜激光器。
【背景技術(shù)】
[0002] 可調(diào)諧光纖激光器是現(xiàn)代光纖通訊系統(tǒng)關(guān)鍵部件，具有與光纖天然的兼容性以及 優(yōu)質(zhì)的光束質(zhì)量，也常用于醫(yī)學(xué)、光纖傳感和光譜分析領(lǐng)域。隨著通信容量的增加和光纖制 造技術(shù)的發(fā)展，可調(diào)諧光纖激光器越來越受到重視并逐步得到應(yīng)用。但是在實際應(yīng)用中，人 們發(fā)現(xiàn)目前市場上的各種類型的可調(diào)諧光纖激光器都存在一些難以克服的問題。
[0003] 現(xiàn)有的可調(diào)諧拉曼光纖激光器的結(jié)構(gòu)主要包括泵浦源、諧振腔、增益介質(zhì)和聲光 可調(diào)諧濾波器，一般采用光柵對或級聯(lián)的方式組成諧振腔，利用較長的高非線性光纖作為 增益介質(zhì)，其輸出波長取決于泵浦源波長和增益介質(zhì)的拉曼頻移，并通過聲光可調(diào)諧濾波 器進(jìn)行輸出波長的調(diào)諧。這種結(jié)構(gòu)的可調(diào)諧拉曼光纖激光器存在的問題是：（1)采用較長 光纖作為非線性增益介質(zhì)，體積相對較大；（2)諧振腔采用多對光纖布拉格光柵（FBG)級聯(lián) 的形式，常規(guī)FBG反射帶寬較窄，使得激光器的轉(zhuǎn)換效率受到限制；(3)無法與通訊系統(tǒng)的 芯片做到很好的集成，無法大規(guī)模集成開發(fā)和應(yīng)用；(4) Q值較低，激光器的轉(zhuǎn)換效率較低， 閾值較高，相對強度噪聲較高；(5)激光器的調(diào)諧機制通常采用濾波器調(diào)諧和熱調(diào)諧等形 式，濾波器調(diào)諧，需引入額外光學(xué)器件，加大了系統(tǒng)的復(fù)雜度以及插入損耗，提高了激光器 的成本；對于熱調(diào)諧而言，需采用大面積加熱，加熱效率較低。
[0004] 現(xiàn)有的可調(diào)諧摻雜光纖激光器的結(jié)構(gòu)主要包括泵浦源、增益介質(zhì)（即摻稀土離子 光纖）、諧振腔和波長選擇器件，泵浦源的能量激勵光纖中的摻雜稀土離子躍迀到高能級， 這些離子經(jīng)過無輻射躍迀到亞穩(wěn)態(tài)的激光上能級，形成粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，再躍迀到激光下能級 產(chǎn)生光子，光子在諧振腔中振蕩放大后形成激光輸出，并通過波長選擇器件進(jìn)行輸出波長 的調(diào)諧。這種結(jié)構(gòu)的可調(diào)諧摻雜光纖激光器存在的問題是：（1)采用較長光纖作為增益介 質(zhì)，體積相對較大，限制了其在對尺寸有特殊要求的場合的應(yīng)用，應(yīng)用不便；（2)無法與現(xiàn) 代通訊系統(tǒng)的芯片做到很好的集成，難以大規(guī)模集成開發(fā)和應(yīng)用；(3)Q值較低，激光器的 轉(zhuǎn)換效率較低，閾值較高；(4)激光器的調(diào)諧機制多采用光纖光柵調(diào)諧、熱調(diào)諧、光纖環(huán)形 鏡調(diào)諧和濾波器調(diào)諧等形式，其中光纖光柵調(diào)諧，受裸光纖光柵的溫度、應(yīng)變響應(yīng)靈敏度的 限制，調(diào)諧范圍很窄；對于熱調(diào)諧而言，需采用大面積加熱，加熱效率較低；光纖環(huán)形鏡調(diào) 諧和濾波器調(diào)諧均需引入額外光學(xué)器件，加大了系統(tǒng)的復(fù)雜度以及插入損耗，提高了激光 器的成本；上述幾種方式的調(diào)諧機制均存在缺陷，且不適合現(xiàn)代光纖通訊系統(tǒng)光學(xué)器件小 型化、集成化的需求。
[0005] 因此，有必要提供一種改進(jìn)的技術(shù)方案，來解決傳統(tǒng)可調(diào)諧光纖激光器所存在的 問題。
[0006] 隨著人們對光學(xué)微腔的研宄不斷深入，基于光學(xué)微腔的激光器逐漸成為激光器的 新發(fā)展趨勢。
[0007] 光學(xué)微腔，是指具有高品質(zhì)因子⑷）且尺寸可與光波長相比擬的光學(xué)諧振腔。目 前的光學(xué)微腔的形狀主要包括微環(huán)、微球、微盤、微柱、微芯圓環(huán)和變形腔等。而這其中，基 于回音壁模式的光學(xué)微腔最具代表性。
[0008] 回音壁模式，源于聲學(xué)領(lǐng)域，其原理是聲波可以不斷地在彎曲光滑的墻面反射 而損耗很小，所以聲音可以沿著墻壁傳播很遠(yuǎn)的距離，這種效應(yīng)被稱為耳語回廊模式 (WhisperingGalleryMode,WGM)即回音壁模式，典型的應(yīng)用是著名的北京天壇回音壁。類 似于聲波在墻面反射，當(dāng)光在從光密向光疏介質(zhì)入射且入射角足夠大時，也可以在兩種介 質(zhì)表面發(fā)生全反射，那么在彎曲的高折射率介質(zhì)界面也存在光學(xué)回音壁模式。在閉合腔體 的邊界內(nèi)，光則可以一直被囚禁在腔體內(nèi)部保持穩(wěn)定的行波傳輸模式。
[0009] 基于光學(xué)微腔的激光器是在激光器的結(jié)構(gòu)中用光學(xué)微腔代替?zhèn)鹘y(tǒng)的諧振腔，由于 光學(xué)微腔的高Q值，使得基于光學(xué)微腔的激光器相較于傳統(tǒng)的光纖激光器具有優(yōu)良的特 性。隨著光學(xué)微腔技術(shù)的不斷發(fā)展，它在激光器領(lǐng)域的應(yīng)用也越來也廣泛，例如基于光學(xué)微 腔的拉曼激光器和基于光學(xué)微腔的摻雜激光器，但是關(guān)于可調(diào)諧的光學(xué)微腔激光器的研宄 卻幾乎處于空白階段，尚未找到任何相關(guān)技術(shù)資料。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010] 針對現(xiàn)有技術(shù)中可調(diào)諧光纖激光器存在的問題，本發(fā)明提供一種新型的基于在半 導(dǎo)體芯片上制備出的回音壁式光學(xué)微腔的可調(diào)諧拉曼激光器和可調(diào)諧摻雜激光器。
[0011] 為實現(xiàn)以上技術(shù)目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是：
[0012] 可調(diào)諧光學(xué)微腔拉曼激光器，包括第一泵浦源、光學(xué)微腔和耦合器件，所述第一泵 浦源和光學(xué)微腔通過耦合器件連接，還包括溫控裝置，所述光學(xué)微腔位于溫控裝置的溫控 范圍內(nèi)。
[0013] 該技術(shù)方案的優(yōu)點是：
[0014] 1.不需使用較長光纖作為非線性增益介質(zhì)，泵浦光在光學(xué)微腔內(nèi)發(fā)生受激拉曼散 射，產(chǎn)生拉曼頻移，使得激光器結(jié)構(gòu)簡單，體積小，便于在各種場合應(yīng)用。
[0015] 2.通過溫控裝置對光學(xué)微腔實現(xiàn)溫度控制，從而實現(xiàn)對光學(xué)微腔輸出激光波長的 調(diào)諧，調(diào)諧機制簡單、方便、效率高。
[0016] 3.光學(xué)微腔代替?zhèn)鹘y(tǒng)諧振腔，Q值較高，轉(zhuǎn)換效率較高，閾值較低，相對強度噪聲 較低。
[0017] 4.光學(xué)微腔在半導(dǎo)體芯片上制備，便于與后續(xù)連接的其他系統(tǒng)芯片集成，有利于 大規(guī)模開發(fā)和應(yīng)用。
[0018] 作為改進(jìn)，還包括偏振控制器，所述偏振控制器連接在第一泵浦源和耦合器件之 間；用于調(diào)諧泵浦光偏振特性，提高耦合效率。
[0019] 作為優(yōu)選，所述光學(xué)微腔的制成材料為二氧化硅、聚合物、半導(dǎo)體和氟化鈣的任意 一種；根據(jù)不同制成材料各自的優(yōu)點，選擇合適的場合應(yīng)用。
[0020] 作為優(yōu)選，所述光學(xué)微腔的結(jié)構(gòu)為微環(huán)、微球、微盤、微柱、微芯圓環(huán)和變形腔的任 意一種；光學(xué)微腔多種結(jié)構(gòu)可選，根據(jù)不同結(jié)構(gòu)的特點，選擇適合的場合應(yīng)用。
[0021] 作為改進(jìn)，所述光學(xué)微腔內(nèi)表面有鍍層，所述鍍層為金屬材料鍍層或其他材料鍍 層；增加鍍層，改善光學(xué)微腔的物理特性，增加其熱傳導(dǎo)效率，提高溫控裝置對其控制的精 度。
[0022] 作為優(yōu)選，所述耦合器件為光纖錐、一端斜拋光的光纖、波導(dǎo)和棱鏡的任意一種； 多種耦合器件可選，根據(jù)不同耦合器件各自的特點，選擇適合的場合應(yīng)用。
[0023] 為實現(xiàn)以上技術(shù)目的，本發(fā)明的另一個技術(shù)方案是：
[0024] 可調(diào)諧光學(xué)微腔摻雜激光器，包括用于產(chǎn)生980nm或1480nm泵浦光的第二泵浦 源、摻雜有有源增益物質(zhì)的摻雜光學(xué)微腔、耦合器件和波分復(fù)用器，所述第二泵浦源、摻雜 光學(xué)微腔和波分復(fù)用器通過耦合器件連接，還包括溫控裝置，所述摻雜光學(xué)微腔位于溫控 裝置的溫控范圍內(nèi)。
[0025] 該技術(shù)方案的優(yōu)點是：
[0026] 1.光學(xué)微腔的摻雜物質(zhì)為增益介質(zhì)，不需要較長光纖作為增益介質(zhì)，使得激光器 結(jié)構(gòu)簡單，體積小，便于在各種場合應(yīng)用。
[0027] 2.通過溫控裝置對光學(xué)微腔實現(xiàn)溫度控制，從而實現(xiàn)對光學(xué)微腔輸出激光波長的 調(diào)諧，調(diào)諧機制簡單、方便、效率高。
[0028] 3.光學(xué)微腔在半導(dǎo)體芯片上制備，便于與后續(xù)連接的其他系統(tǒng)芯片集成，有利于 大規(guī)模開發(fā)和應(yīng)用。
[0029] 4.光學(xué)微腔代替?zhèn)鹘y(tǒng)諧振腔，Q值較高，轉(zhuǎn)換效率較高，閾值較低，相對強度噪聲 較低。
[0030] 作為改進(jìn)，還包括偏振控制器，所述偏振控制器連接在第二泵浦源和耦合器件之 間；用于調(diào)諧泵浦光偏振特性，提高耦合效率。