[发明专利]光子晶体谐振腔、光子晶体激光器及其制造方法

说明书

【技术领域】

本发明属于光通信和激光器技术领域，涉及一种光子晶体谐振腔、光子 晶体激光器及其制造方法，具体涉及一种双频正交偏振光子晶体谐振腔和激 光器及其制造方法。

【背景技术】

双频激光器在光波干涉测量和光学传感等领域有着广泛的应用，常用的 双频激光器基于纵向塞曼效应的He-Ne激光器。但理论和实验证明这种激光 器频率差不能大于3MHz。这在计量领域中，严重限制了双频激光干涉仪的测 量速度。为了解决这个问题，有科学家在普通的驻波He-Ne激光器腔内放入 晶体石英，加入KD＊P电光晶体。由于双折射的原因，将产生o光和e光， 且其相应的折射率不一致，从而得到频差达几十MHz、几百MHz的正交偏振 激光输出。由于该类激光器都利用了双折射效应，所以称这类激光器为双折 射双频激光器。但因为He-Ne激光器的增益带宽的限制，此类激光器输出最 大频差也不超过1.5GHz。为了提高测量精度和速度，几十GHz，几百GHz， 甚至更大的超大频差双频激光器成为研究热点。

与气体激光器相比，固体激光器的出光带宽非常宽。为了克服He-Ne 激光器的增益带宽的限制，有人提出了一种大频差双折射双频Nd:YAG激光 器，该激光器的制造方法在于，在激光二极管LD抽运Nd:YAG固体激光 器的谐振腔内，插入一只集纵模选择与纵模分裂于一体的多功能元件-晶体 石英F-P标准具。因腔内存在双折射效应，每一激光纵模分裂为两个相互正 交的线偏振模，即o模和e模；同样，Nd:YAG激光增益带宽范围内标准具 的唯一透射极大峰也一分为二，即分裂为o峰和e峰。使一个o模位于o 峰的峰顶处，并使一个e模位于e峰的峰顶处，从而避免模式竞争，即可实 现o模和e模的同时运转。

该方法具体为：将厚度为0.645mm，切割角(晶体光轴与晶体表面法线间 的夹角)为10°晶体石英F-P标准具，置于腔长为40mm的Nd:YAG激光谐 振腔内，通过微调标准具的倾斜角，使得o模e模避免模式竞争，获得了双纵 模同时振荡输出，其频差约为2GHz。

此方法的好处是在原有激光器加上F-P标准具即可。但是其缺点在于，在 某些测量领域要求激光腔长很短，而腔长的不断缩短，将使得激光器受环境 温度的影响增大，稳定性将变差。另外该类激光器采用F-P结构，大都不是基 模谐振，效率和Q值比较低。更重要的，这类激光器体积大，结构、制备复杂 和成本高是较难避免和克服的问题，这对光学器件向微型化和集成化方向发 展有着很大的制约。

光子晶体是高介电常量和低介电常量介质在空间周期性排列而成的人工 材料，其晶格常量与工作光波的波长为同一数量级。如果在该周期性结构中 引入适当的缺陷，则会在光子晶体的禁带中产生缺陷模，形成光子晶体谐振 腔。通过适当的谐振腔设计，就可以获得尺寸十分小的激光器(微米量级甚 至纳米量级尺寸)和极低阈值光泵功率(微瓦功率)或无阈值的激光器。根 据这个原理，有人提出了一种新型光子晶体双色谐振腔，其制造方法在于， 通过在一维光子晶体中引入特定的缺陷，通过调节缺陷层的厚度和折射率大 小，精确控制输出两种特定波长的光，而其它波长的光无法在该光子晶体谐 振腔中形成谐振场。

将该结构作为激光器谐振腔，则可以进一步减小固体激光器的体积，而 且结构简单，成本较低，利于集成化。由于尺寸的缩小，相应频差将获得较 大的增大。但是将该双色谐振腔应用于激光器中，产生的双波长激光分离需 要附加分离设备，不如双正交偏振激光器那样容易实现双波长的分离。另外， 该双色谐振腔对双波长间隔的调节需要同时调节缺陷层的厚度和折射率两个 参数，方便程度不够。更突出的问题是，该双色激光器难以获得两个带宽一 致的、波长差异不大的模式，因为这样的模式中有一个是基模，另一个是高 次模。

【发明内容】

本发明的目的就是为了解决上述的现有的技术中存在的不足，提出一种 新的双频正交偏振光子晶体谐振腔和激光器及其制造方法。本发明通过整合 光子晶体和双折射激光器的优点，获得了体积小、成本低、小频差或大频差、 高增益、高Q值的谐振腔和激光器。

一种光子晶体谐振腔，所述光子晶体谐振腔为一维光子晶体谐振腔，其 包括缺陷层，其特征在于，所述的缺陷层填充有各向异性材料。