[实用新型]一种连续波光源激励串接微腔产生和放大回廊模激光的装置

说明书

本实用新型公开了一种连续光源激励串接不同直径微腔产生和放大回廊模激光的装置，包括一只连续光源、第一传输光纤、数个用于产生和放大回廊模激光的不同直径镀掺稀土离子的SiOsubgt;2/subgt;膜微腔、与微腔相同数量用于将连续波光源耦合入微腔作为激励光源及将产生的回廊模激光耦合输出的耦合器、第二传输光纤。本实用新型利用连续波光源提供宽范围的波长、有任意方向偏振、总能有适应微腔形貌特征谱的光耦合入微腔作为激励源；以及利用稀土离子能级丰富，能吸收宽范围波段激励光源的光子作为激励源的特点，二者相结合构造了通过光纤耦合器串接不同直径微腔的结构，产生与各级微腔谐振谱相同的回廊模激光，后级微腔放大前级与其相同波长的回廊模激光。

技术领域

本实用新型属于微小激光器领域，尤其涉及一种连续波光源激励串接微腔产生和放大回廊模激光的装置。

背景技术

随着集成光电子技术的发展,激光器朝着小型化、集成化的方向演化。低损耗的介电微腔，包括微球腔、微柱腔、微环腔、微盘腔，由于采用高温融熔而在液体表面张力的作用下形成光滑的表面。采用近场倏逝波耦合器将光掠入射耦合到微腔时，当光的波长满足与微腔共振时（光在介质中的波长的整数倍等于腔周长），这些光就被介质表面约束而在内表面连续全反射，形成环绕微腔大圆的光场分布，这种光场分布称为回廊模(WGM)共振,满足回廊模共振的波长排列称为形貌共振谱。由于WGM仅分布在微腔大圆环很小的区域而具有很小的模式体积，当有一定光功率耦合入微腔表面时就造成WGM具有极高的功率密度。极高功率密度是非线性光学现象的基础 ,也是低阈值激光器的前提。所以这种具有光滑的低损耗表面的微腔可以保持高品质因子(高Q值)，常作为稀土掺杂光致受激辐射或介质非线性现象受散射激光的微谐振器，这类激光常称为回廊模（WGM）激光。

这种低阈值和窄线宽回廊模微腔激光器已在二氧化硅、磷酸盐和碲酸盐玻璃中被证明，这些微腔掺杂了不同的稀土掺杂离子，如钕(Nd)、铒(Er)、铥(Tm)、钬(Ho)等，采用不同激光光源泵浦形成了可见光到近、中红外的微腔激光器等，如专利CN201810239383-一种级联泵浦的微腔激光器；CN112290363A一种基于掺铒微球的低成本回音壁微腔激光器的制作方法。

已有研究证明这种微腔激光器的输出功率相对较低。通常，微腔激光器是受到接近激光活性材料吸收波长的泵浦光形成WGM共振并发生受激辐射，这种方法提供了最大的激发效率，但要求外部激光源的光频率必须与泵浦WGM的光谐振频率相匹配。因此，在回廊模微腔激光器中，通常是采用窄线宽和频率可调谐的单频激光源作为激励光源，但这种泵浦源输出的泵浦光波长需要因振动或微腔的固有谐振波长随温度变化实时调整，以使泵浦波长与微腔的固有波长相匹配，以最大的耦合效率进入微球，这导致回廊模微腔激光器在实际运用中俱有不适应性。为解决上述问题，我们提出了采用连续波光源作为激励光源，如放大的自发辐射(ASE)或发光二极管(LED)光源作为泵浦激光器。其中，ASE光源是一种高稳定、高功率、宽带的光源。它可以降低系统的相干噪声、光纤瑞利色散引起的相位噪声和光学克尔效应引起的相移。稀土掺杂光纤的ASE源具有输出谱稳定、环境影响小、易于与单模光纤传感系统耦合等优点。利用串接稀土掺杂不同直径微腔与光纤耦合器组合结构，能充分利用功率ASE光源宽光谱、多偏振态，能同时提供不同直径微腔作为激励源，也充分利用稀土离子能级丰富、可吸收多波长光子作为外层电子的泵浦源以高效率产生、放大廊模激光。克服目前采用单频激光为泵浦光的缺点，这种单频激光泵浦源易受环境温度、振动的影响，而造成激励光的失谐。连续光激励源因其宽谱范围总有与微球腔谐振的波长，而不受环境温度、振动的影响，并能为多个串接的不同直径的微球提供激励源。

实用新型内容

本实用新型的目的是基于以上理论基础和方法，提供了一种连续波光源激励串接稀土离子掺杂SiO₂微腔产生和放大回廊模激光的装置，