[發明專利]基于球冠鍍膜球柄注光加熱的可調諧微球激光器及方法

在審

• 申請號: 202210110003.5
• 申請日: 2022-01-29
• 公開（公告）號: CN114530748A
• 公開（公告）日: 2022-05-24
• 發明（設計）人: 黃衍堂;許齊玲;許燦華
• 申請（專利權）人: 閩都創新實驗室
• 主分類號: H01S3/06
• 分類號: H01S3/06;H01S3/08;H01S3/16;H01S3/17
• 代理公司: 福州元創專利商標代理有限公司 35100
• 代理人: 郭東亮;蔡學俊

本發明提出基于球冠鍍膜球柄注光加熱的可調諧微球激光器及方法，激勵光源的輸出端經第一光纖與光功率分配器的輸入端相連；光功率分配器的一個輸出端經第二光纖與錐光纖耦合器相接，另一輸出端經第三光纖與可變光衰減器相接；可變光衰減器可對第三光纖傳輸的光功率進行調整形成用于加熱帶柄微球的加熱光，并把加熱光經第五光纖輸出至微球的球柄處；第二光纖傳輸的激勵光通過雙錐光纖耦合入微球赤道區域，形成回廊模來泵浦該稀土離子摻雜微球產生窄線寬單模或多模激光；經球柄傳入微球的加熱光使微球因升溫而改變折射率及諧振波長，對微球產生激光的波長進行調諧，調諧后的微球回廊激光經第四光纖輸出；本發明獲得可調諧波長的微球回廊模激光輸出。

技術領域

本發明涉及激光器技術領域，尤其是基于球冠鍍膜球柄注光加熱的可調諧微球激光器及方法。

背景技術

在器件小型化要求下以及微納光學的快速發展下，具有小尺寸、低閾值的回廊模(WGM)微腔激光器成為一個熱門的研究領域。可調諧激光器在生化傳感檢測、微波光子學、高分辨率成像等諸多領域有很好的應用前景，因此，對于WGM微腔而言，其可調諧性具有較大的研究意義。目前常用的調諧方式有電熱調諧、拉伸調諧、壓力調諧以及光熱調諧等。2004 年，K.J.Vahala等人利用電熱效應在超高Q微環芯腔上實現了300 GHz的有效調諧。2010年，M. Sumetsky通過拉伸微泡腔以改變微泡腔尺寸的方式實現了5.5nm的調諧范圍。2013 年，A. Rodríguez-Cobos 等人通過調整錐形微柱腔與微納光纖的耦合位置實現波長調諧，調諧范圍為1.16 nm。2017 年，Xiang Wu等人利用中空微泡腔注入不同折射率液體后有效折射率改變的特性，實現了激射光波長的改變。2017 年，朱松等人利用四氧化三鐵納米顆粒的光熱效應，在微瓶腔中實現了高效率光熱調諧，調諧范圍可達85 GHz。

目前有關于可調微腔激光的研究大多使用單頻激光器為光源，而WGM微腔僅是一個光源外部的濾波元件來實現激光的選模與調諧。這對光源有較高的穩定性要求且較難調諧。

發明內容

本發明提出基于球冠鍍膜球柄注光加熱的可調諧微球激光器及方法，便于獲得可調諧波長的激光輸出。

本發明采用以下技術方案。

基于球冠鍍膜球柄注光加熱的可調諧微球激光器，所述激光器激勵光源的輸出端經第一光纖與一分二光功率分配器的輸入端相連；所述光功率分配器的其中一個輸出端經第二光纖與錐光纖耦合器相接，另一輸出端經第三光纖與可變光衰減器相接；所述可變光衰減器可對第三光纖傳輸的光功率進行調整，形成用于加熱帶柄微球的加熱光，并把加熱光經第五光纖輸出至帶柄微球的球柄處；第二光纖傳輸的激勵光通過雙錐光纖耦合入帶柄微球的微球赤道區域，形成回廊模來泵浦該稀土離子摻雜微球產生窄線寬單模或多模激光；經球柄傳入微球的加熱光在微球的球冠膜層會聚，被膜層吸收使微球因升溫而改變折射率及諧振波長，對微球產生激光的波長進行調諧，因光-熱-光效應調諧后的微球回廊激光經第四光纖輸出。

所述帶柄微球的球部為球冠鍍膜的稀土離子摻雜微球，球柄用于對微球進行移動操作、固定以及加熱光傳輸。

所述激勵光源為微球激光器的泵浦源，以及用于加熱帶柄微球球部的光源；所述第二光纖的末端以低損耗連接方式與雙錐光纖始端相連以傳輸泵浦光；所述雙錐光纖與微球赤道面相切耦合，將泵浦光耦合入微球形成回廊模，以激勵微球產生的激光。

所述球冠鍍膜稀土離子摻雜微球的球部本體為采用溶膠--凝膠法在SiO₂微球外包覆一層摻有稀土離子的SiO₂膜層的微球，用于產生窄線寬單模或多模激光；所述球部本體的球冠鍍膜為金屬膜或介質膜，用于吸收從球柄導入通過微球會聚于球冠的光，并吸收光轉換為熱，球冠處的熱傳遞到整個微球而使其折射率改變，進而使微球的諧振波長改變，以調諧輸出激光波長。

所述帶柄微球的球柄經尾纖與第五光纖相連；第四光纖的始端與微球處的雙錐光纖相連，末端為可調諧激光的輸出口。