[發明專利]基于模間布里淵散射的布里淵激光器及其制備方法

在審

• 申請號: 202210368739.2
• 申請日: 2022-04-08
• 公開（公告）號: CN114914783A
• 公開（公告）日: 2022-08-16
• 發明（設計）人: 孫長征;張玉乾;何兆秦;熊兵;羅毅
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: H01S3/30
• 分類號: H01S3/30;H01S3/083
• 代理公司: 北京清亦華知識產權代理事務所(普通合伙) 11201
• 代理人: 黃德海

本發明公開了基于模間布里淵散射的布里淵激光器及其制備方法，所述布里淵激光器包括襯底；腐蝕犧牲層；波導層，波導層設置在腐蝕犧牲層的遠離襯底的表面；直條形光波導，直條形光波導設置在波導層的遠離襯底的表面；環形波導層，環形波導層設置在波導層的遠離襯底的表面，環形波導層的正下方設置有空氣包層，空氣包層與環形波導層正下方的波導層直接接觸；環形波導層以及環形波導層正下方的波導層共同形成環形諧振腔，環形波導層設置在直條形光波導中的泵浦光能耦合進環形諧振腔的范圍內，環形波導層的幾何中心與環形波導層最邊緣的距離小于1000μm。本發明解決了小半徑環形諧振腔中實現高功率布里淵激光的問題。

技術領域

本發明屬于非線性光學技術領域，具體涉及一種基于模間布里淵散射的布里淵激光器及其制備方法。

背景技術

受激布里淵散射(SBS)是激光物理和非線性光學領域中的一種相干光-聲耦合過程，其產生源于三階光學非線性，其強度通常超過克爾相互作用和拉曼相互作用幾個數量級。聲子通過光彈性改變波導的介電常數以及通過改變材料的物理邊界帶來對材料局部性質的擾動。這種微擾將入射的泵浦光散射到斯托克斯光，其頻率較泵浦光發生降低。由于產生的斯托克斯光具有非常窄的線寬，所以利用布里淵散射制作的激光器將具有窄線寬、低噪聲、高穩定性等優良性能。

目前，受激布里淵散射常見于直條形介質波導中。為了獲得較高的布里淵增益，直條波導的長度較長，可達幾厘米至十厘米，不利于實現片上集成，并且布里淵激光的強度較低。諧振腔的引入在一定程度上解決了器件尺寸大，布里淵激光強度低的問題。目前基于諧振腔產生布里淵激光的基本方法是：使泵浦光和斯托克斯光位于微腔中頻率差為一個或數個自由譜區(FSR)的諧振頻率處，利用微腔的諧振得到增強的布里淵激光。需要說明的是，微腔的FSR與微腔的半徑成反比，而布里淵頻移一般比較小，在MHz～GHz范圍。這就導致微腔的半徑需要達到毫米甚至厘米量級。另一方面，在微腔中產生布里淵散射時，很容易產生級聯斯托克斯光，這樣就造成了對一級斯托克斯光功率的消耗，不利于高功率布里淵激光器的實現。

發明內容

本發明旨在至少在一定程度上解決相關技術中的技術問題之一。為此，本發明的目的在于提出一種基于模間布里淵散射的布里淵激光器及其制備方法。本發明解決了小半徑環形諧振腔中實現高功率布里淵激光的問題。

在本發明的一個方面，本發明提出了一種基于模間布里淵散射的布里淵激光器。根據本發明的實施例，所述布里淵激光器包括：

襯底；

腐蝕犧牲層，所述腐蝕犧牲層設置在所述襯底的其中一個表面；

波導層，所述波導層設置在所述腐蝕犧牲層的遠離所述襯底的表面；

直條形光波導，所述直條形光波導設置在所述波導層的遠離所述襯底的表面；

環形波導層，所述環形波導層設置在所述波導層的遠離所述襯底的表面，所述環形波導層的正下方設置有空氣包層，所述空氣包層與所述環形波導層正下方的所述波導層直接接觸；所述環形波導層以及所述環形波導層正下方的所述波導層共同形成環形諧振腔，所述環形波導層設置在所述直條形光波導中的泵浦光能耦合進所述環形諧振腔的范圍內，所述環形波導層的幾何中心與所述環形波導層最邊緣的距離小于1000μm。

根據本發明實施例的基于模間布里淵散射的布里淵激光器具有以下優點：第一，在小半徑諧振腔(具有大的FSR)中利用同一模式族之間的小的頻率差實現模間布里淵激光，不僅能使布里淵激光通過諧振得到增強，而且與現有布里淵器件相比尺寸明顯減小，利于集成。第二，由于布里淵頻移較小(MHz～GHz)，在大FSR(幾百GHz～THz)諧振腔中，可以有效抑制級聯斯托克斯光和反斯托克斯光，布里淵模式轉換效率高。第三，通過模間布里淵散射產生的布里淵模與泵浦波同向，由此產生的布里淵激光(或布里淵-克爾光頻梳)耦合出諧振腔進入光波導后，仍與泵浦波同向，測試簡單，方便應用。