[发明专利]一种二维硅基光子晶体微纳波导激光器

摘要

本发明属于光学激光设备技术领域，涉及一种二维硅基光子晶体微纳波导激光器；泵浦源、耦合系统、二色镜、二维硅基光子晶体结构和二向色镜依次放置组成激光器；其中，二维硅基光子晶体结构包括二维硅基、耦合区散射元、耦合区散射元间隙、耦合区波导、激发区散射元、激发区散射元间隙、耦合波导腔、含有激光活性离子的基质物质、传输区波导、传输区散射元和传输区散射元间隙，依次分成耦合区、激发区和传输区；其结构简单，原理可靠，体积小，阈值低，稳定性高，成本低，操作灵便，光的耦合和传输效率高。

主权项

一种二维硅基光子晶体微纳波导激光器，其特征在于主体结构包括泵浦源、耦合系统、二色镜、二维硅基光子晶体结构和二向色镜，各部件依次放置组成激光器；其中，二维硅基光子晶体结构包括二维硅基、耦合区散射元、耦合区散射元间隙、耦合区波导、激发区散射元、激发区散射元间隙、耦合波导腔、含有激光活性离子的基质物质、传输区波导、传输区散射元和传输区散射元间隙，依次分成耦合区、激发区和传输区；耦合区散射元、耦合区散射元间隙和耦合区波导设置在二维硅基的左侧构成耦合区，耦合区的两侧均为圆弓形或椭圆形的耦合区散射元，耦合区散射元之间形成耦合区散射元间隙；两侧耦合区散射元的中间结构为耦合区波导，耦合区波导的宽度为晶格常数的1‑2倍，耦合区的禁带范围为泵浦源产生的泵浦光波长，使泵浦光沿着耦合区波导传播，不能向两侧的耦合区散射元扩散；激发区散射元、激发区散射元间隙、耦合波导腔和含有激光活性离子的基质物质设置在二维硅基的中间部位构成激发区，激发区的两侧为激发区散射元，中间为耦合腔波，激发区散射元之间形成激发区散射元间隙；激发区的禁带带宽为激光活性离子激光发射谱线的波长，耦合波导腔设置有1～6个，每个耦合波导腔的形状根据晶格形状确定，耦合波导腔的边长为n倍晶格常数n倍的微腔，或为边长分别为n倍和n+2倍晶格常数的矩形微腔，n为自然数；耦合波导腔内填充有含有激光活性离子的基质物质，含有激光活性离子的基质物质为氧化物、氟化物或含氧酸盐物质，包括铱铝石Y₃Al₅G₁₂、钒酸钇、二氧化硅和硅酸盐；激光活性离子为Yb³⁺、Nd³⁺或Er³⁺的稀土离子；传输区波导、传输区散射元和传输区散射元间隙设置在二维硅基的右侧构成传输区，传输区的两侧为传输区散射元，传输区散射元的大小与激发区散射元相同，传输区的禁带带宽为激光活性离子激光发射谱线的波长；相邻的传输区散射元之间形成传输区散射元间隙；传输区III的中间为传输区波导，传输区波导设置有1‑5个分支波导，以实现激光的转向和分束功能，传输区波导充分利用光子晶体的禁带特性，使激发区产生的激光只能在传输区波导传输，不能向两侧有散射元的部分扩散；二维硅基采用市售的二维硅片或SOI材料，其加工深度为硅层厚度的1/5‑2/3；泵浦源为二极管泵浦激光器或光纤激光器；耦合系统、二色镜和二向色镜为常规的市售产品。