[发明专利]基于微光纤探针损耗调制的聚合物瓶子微腔单模激光元件

说明书

本发明公开了一种基于微光纤探针损耗调制的聚合物瓶子微腔单模激光元件，包括：载玻片，包括并排设置的第一载玻片和第二载玻片；微光纤，两端分别设于第一载玻片和第二载玻片上面；聚合物瓶子微腔，套在微光纤中间部位之上；泵浦光纤探针，设置于聚合物瓶子微腔之上并且与聚合物瓶子微腔相耦合，聚合物瓶子微腔由树脂溶液固化而成，该树脂溶液的组分包括激光增益物质、高分子有机溶剂、高粘度树脂和固化剂。该单模激光元件通过改变泵浦光纤探针在聚合物瓶子微腔轴向上的耦合位置来实现，由于泵浦光纤探针在耦合位置对光致发光引起极大的散射损耗，从而抑制了高阶激光模式，仅有腔体对称中心的基模被激发，从而实现单模激光的输出。

技术领域

本发明涉及一种微纳光学器件，具体涉及一种基于微光纤探针损耗调制的聚合物瓶子微腔单模激光元件。

背景技术

回音壁模式(WGM)光学微腔使光在散射或被吸收之前沿着靠近腔体表面的赤道轨迹长时间循环，具有长光子寿命、强光场束缚和面内发射等引人注目的优点，被应用于包括激光、传感、光通信等诸多领域。到目前为止，已经有许多不同结构的腔体实现了WGMs，例如微球、微环、微滴、微盘，微环芯和微光纤等。WGM激光器因为缺乏模式选择策略，所以其输出通常是多模式的。具我们了解，实现单模激光的直接方式是减小微腔体的尺寸，但该方法会降低谐振腔内光的往返增益，从而导致光学微腔的高激光阈值。有研究者通过游标效应和奇偶校验时间对称效应来使用耦合腔，以此实现光学微腔的单模激光输出。然而，他们光学微腔的制造流程繁琐，工艺要求高，集成难度大，成本高，且实现单模激光的策略难以走出实验室。

近年来，瓶子微谐振腔由于其独特的光学特性在许多领域得到广泛研究和应用，如紧凑型光延迟线、腔体光力学、激光、电磁感应透明样现象和非线性光学等。瓶子微腔高度增长的形状提供了独特的光谱特性，WGM沿着瓶子微腔长轴方向具有不同的强度分布，可以根据其轴向数量利用它们来操纵谐振腔的谐振模式，从而减少光谱中的共振模式数。

使用光纤探针将光耦合到WGM谐振器中是一种常见且有效的方法。在临界条件下，通过合理选择光纤探针的直径和控制其与谐振腔之间的距离，可以实现高达99％的高耦合效率。通常，由于光纤探针和谐振腔之间的直径不匹配，尽管输入功率的一小部分可以耦合到谐振腔中，但是光纤探针和谐振腔之间的耦合将导致在耦合位置处相对较大的散射损耗。本文中，我们利用这种散射损耗来抑制高阶WGM，并且证明了聚合物瓶子微谐振腔的单模激光输出。当光纤探针放置在瓶子微腔中心的侧边上时，高阶模式将遭受非常大的散射损耗，只有本征基模才能被有效激发。通过选择合适直径的光纤探针和调整耦合位置，我们实现了基于聚合物瓶子微腔的单模激光。

发明内容

本发明是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种基于微光纤探针损耗调制的聚合物瓶子微腔单模激光元件。

本发明提供了一种基于微光纤探针损耗调制的聚合物瓶子微腔单模激光元件，具有这样的特征，包括：载玻片，包括并排设置的第一载玻片和第二载玻片；微光纤，两端分别设于第一载玻片和第二载玻片上面；聚合物瓶子微腔，套在微光纤中间部位之上；以及泵浦光纤探针，设置于聚合物瓶子微腔之上并且与聚合物瓶子微腔相耦合，聚合物瓶子微腔由树脂溶液固化而成，该树脂溶液的组分包括激光增益物质、高分子有机溶剂、高粘度树脂和固化剂。

在本发明提供的基于微光纤探针损耗调制的聚合物瓶子微腔单模激光元件中，还可以具有这样的特征：其中，微光纤的尖端直径范围在1-5μm。

在本发明提供的基于微光纤探针损耗调制的聚合物瓶子微腔单模激光元件中，还可以具有这样的特征：其中，聚合物瓶子微腔的直径为4-10μm。

在本发明提供的基于微光纤探针损耗调制的聚合物瓶子微腔单模激光元件中，还可以具有这样的特征：其中，泵浦光纤探针的尖端直径范围在0.6-3μm。