本申請屬于激光器技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種諧振腔及應(yīng)用該諧振腔的絕熱激光器。

背景技術(shù)：

諧振腔為光波在來回反射從而提供光能反饋的空腔，其作為激光器的必要組成部分，通常由兩塊與工作介質(zhì)軸線垂直的平面或凹球面反射鏡構(gòu)成。

諧振腔的作用是選擇頻率一定、方向一致的光作最優(yōu)先的放大，而把其他頻率和方向的光加以抑制。凡不沿諧振腔軸線運動的光子均很快逸出諧振腔外，沿軸線運動的光子將在諧振腔內(nèi)繼續(xù)前進，并經(jīng)兩反射鏡的反射不斷往返運行產(chǎn)生振蕩，運行時不斷與受激粒子相遇而產(chǎn)生受激輻射，沿軸線運行的光子將不斷增殖，在腔內(nèi)形成傳播方向一致、頻率和相位相同的強光束，從而產(chǎn)生激光。

參圖1所示為現(xiàn)有技術(shù)中常用激光器的諧振腔，包含第一反射結(jié)構(gòu)10'、增益結(jié)構(gòu)20'、及第二反射結(jié)構(gòu)30'。增益結(jié)構(gòu)20'所用的材料為Ⅲ-Ⅴ族化合物材料，這種材料的折射率會隨著溫度的升高而增大，因此在不同溫度的情況下，諧振腔中增益結(jié)構(gòu)的有效折射率也會發(fā)生變化，從而諧振腔的光程會改變，導(dǎo)致激光器波長隨著溫度漂移。

因此針對上述問題，有必要提供一種諧振腔及應(yīng)用該諧振腔的絕熱激光器。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本申請一實施例提供一種諧振腔，所述諧振腔包括對應(yīng)設(shè)置的第一反射結(jié) 構(gòu)和第二反射結(jié)構(gòu)、以及位于第一反射結(jié)構(gòu)和第二反射結(jié)構(gòu)之間的增益單元，所述增益單元包括對光線進行放大的增益結(jié)構(gòu)和對光程進行補償?shù)臏囟妊a償結(jié)構(gòu)，所述增益結(jié)構(gòu)和溫度補償結(jié)構(gòu)分別采用正溫度系數(shù)材料和負溫度系數(shù)材料制成，所述溫度補償結(jié)構(gòu)通過對光程進行補償來維持射出諧振腔的光線的波長保持不變。

一實施例中，所述增益結(jié)構(gòu)和溫度補償結(jié)構(gòu)滿足Δn₁*l₁+Δn₂*l₂＝0，其中，Δn₁＝d_n1/d_T和Δn₂＝d_n2/d_T分別為增益結(jié)構(gòu)和溫度補償結(jié)構(gòu)的溫度系數(shù)，n₁和n₂分別為增益結(jié)構(gòu)和溫度補償結(jié)構(gòu)的折射率，l₁和l₂分別為增益結(jié)構(gòu)和溫度補償結(jié)構(gòu)的長度。

一實施例中，所述增益結(jié)構(gòu)的材料為Ⅲ-Ⅴ族化合物正溫度系數(shù)材料，溫度補償結(jié)構(gòu)的材料為聚合物負溫度系數(shù)材料。

一實施例中，所述增益結(jié)構(gòu)和溫度補償結(jié)構(gòu)之間還包括過渡結(jié)構(gòu)。

一實施例中，所述過渡結(jié)構(gòu)為增透膜與模斑轉(zhuǎn)換器中的一個或多個的組合。

一實施例中，所述第一反射結(jié)構(gòu)為寬帶反射結(jié)構(gòu)，第二反射結(jié)構(gòu)為窄帶反射結(jié)構(gòu)，寬帶反射結(jié)構(gòu)對應(yīng)的波長為中心波長±10nm，窄帶反射結(jié)構(gòu)對應(yīng)的波長為中心波長±0.1nm。

一實施例中，所述第一反射結(jié)構(gòu)為寬帶反射膜，所述第二反射結(jié)構(gòu)為窄帶光柵反射結(jié)構(gòu)。

一實施例中，所述第一反射結(jié)構(gòu)或第二反射結(jié)構(gòu)的材料為氧化硅。

本申請另一實施例提供一種絕熱激光器，所述絕熱激光器包括上述的諧振腔。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本申請具有以下有益效果：

增益結(jié)構(gòu)和溫度補償增益結(jié)構(gòu)分別選用正溫度系數(shù)材料和負溫度系數(shù)材料，采用負溫度系數(shù)材料作為補償能使得諧振腔在不同溫度下保持波長穩(wěn)定；

絕熱激光器中諧振腔增益單元的有效折射率不會變化，進而光程保持不變，激光器的輸出波長不會隨著溫度漂移。

附圖說明

圖1是現(xiàn)有技術(shù)中諧振腔的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本申請第一實施方式中諧振腔的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本申請第二實施方式中諧振腔的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是本申請第三實施方式中絕熱激光器的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

以下將結(jié)合附圖所示的具體實施方式對本申請進行詳細描述。但這些實施方式并不限制本申請，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員根據(jù)這些實施方式所做出的結(jié)構(gòu)、方法、或功能上的變換均包含在本申請的保護范圍內(nèi)。

在本申請的各個圖示中，為了便于圖示，結(jié)構(gòu)或部分的某些尺寸會相對于其它結(jié)構(gòu)或部分擴大，因此，僅用于圖示本申請的主題的基本結(jié)構(gòu)。

本文使用的例如“左”、“右”、“左側(cè)”、“右側(cè)”等表示空間相對位置的術(shù)語是出于便于說明的目的來描述如附圖中所示的一個單元或特征相對于另一個單元或特征的關(guān)系。空間相對位置的術(shù)語可以旨在包括設(shè)備在使用或工作中除了圖中所示方位以外的不同方位。例如，如果將圖中的設(shè)備翻轉(zhuǎn)，則被描述為位于其他單元或特征“右側(cè)”的單元將位于其他單元或特征“左側(cè)”。因此，示例性術(shù)語“右側(cè)”可以囊括左側(cè)和右側(cè)這兩種方位。設(shè)備可以以其他方式被定向(旋轉(zhuǎn)90度或其他朝向)，并相應(yīng)地解釋本文使用的與空間相關(guān)的描述語。

當(dāng)元件或?qū)颖环Q為與另一部件或?qū)印斑B接”時，其可以直接在該另一部件或?qū)由?、連接到該另一部件或?qū)樱蛘呖梢源嬖谥虚g元件或?qū)?。相反，?dāng)部件被稱為“直接連接在另一部件或?qū)由稀睍r，不能存在中間部件或?qū)印?/p>

參圖2所示，介紹本申請諧振腔的第一實施方式。該諧振腔100從左向右依次包括第一反射結(jié)構(gòu)110、增益單元120、以及第二反射結(jié)構(gòu)130，其中，增 益單元包括位于第一反射結(jié)構(gòu)110右側(cè)的增益結(jié)構(gòu)121、位于第二反射結(jié)構(gòu)130左側(cè)的溫度補償結(jié)構(gòu)122。其中，增益結(jié)構(gòu)用于對光線進行放大，溫度補償結(jié)構(gòu)用于對光程進行補償，溫度補償結(jié)構(gòu)通過對光程進行補償來維持射出諧振腔的光線的波長保持不變。

本實施方式中增益結(jié)構(gòu)121和溫度補償結(jié)構(gòu)122分別采用正溫度系數(shù)材料和負溫度系數(shù)材料制成，且在不同溫度下諧振腔的輸出波長保持不變。

本申請中激光器諧振腔的原理是運用兩種材料相結(jié)合保證激光器諧振腔的光程(光程＝折射率*距離)不變。

激光器諧振腔條件為：光程＝波長的整數(shù)倍。

設(shè)定增益結(jié)構(gòu)121中正溫度系數(shù)材料長度為l₁，折射率為n₁，溫度系數(shù)Δn₁＝d_n1/d_T，Δn₁＞0；

設(shè)定溫度補償結(jié)構(gòu)122中負溫度系數(shù)材料長度為l₂，折射率為n₂，溫度系數(shù)Δn₂＝d_n2/d_T，Δn₂＜0。

根據(jù)“光程＝光波長整數(shù)倍”可以得出：

2(n₁*l₁+n₂*l₂)＝m*lamda；

其中，m為正整數(shù)，lamda為激光器輸出波長；

為了保證激光器輸出波長不變，在不同溫度下，上式可以改寫為：

(n₁+Δn₁)*l₁+(n₂+Δn₂)*l₂＝C，C為常數(shù)；

滿足上式恒等的條件為：

Δn₁*l₁+Δn₂*l₂＝0。

因此，本申請中只需選擇相應(yīng)的材料后使得溫度系數(shù)Δn₁、Δn₂和增益結(jié)構(gòu)、溫度補償結(jié)構(gòu)的長度l₁、l₂滿足條件Δn₁*l₁+Δn₂*l₂＝0即可。

本實施方式中增益結(jié)構(gòu)121選用Ⅲ-Ⅴ族化合物正溫度系數(shù)材料，溫度補償結(jié)構(gòu)122選用聚合物負溫度系數(shù)材料，采用負溫度系數(shù)材料作為補償能使得諧振腔在不同溫度下保持波長穩(wěn)定。

本實施方式中增益結(jié)構(gòu)121臨近第一反射結(jié)構(gòu)設(shè)置，而溫度補償結(jié)構(gòu)臨近第二反射結(jié)構(gòu)設(shè)置，應(yīng)當(dāng)理解的是，在其他實施方式中增益結(jié)構(gòu)121也可以臨 近第二反射結(jié)構(gòu)設(shè)置，而溫度補償結(jié)構(gòu)122臨近第一反射結(jié)構(gòu)設(shè)置，且兩者滿足“Δn₁*l₁+Δn₂*l₂＝0”，同樣可以實現(xiàn)相同的效果的諧振腔。

本申請中所指的Ⅲ-Ⅴ族化合物為常用的半導(dǎo)體材料，其由在化學(xué)周期表里三價元素(例如鋁、鎵、銦、鉈)以及五價元素(例如氮、磷、砷、銻、鉍)組成的，例如砷化鎵等。

本實施方式中第一反射結(jié)構(gòu)110和第二反射結(jié)構(gòu)130為平面或曲面反射鏡，兩者均由低溫度系數(shù)材料制作，例如氧化硅等。

其中，第一反射結(jié)構(gòu)110和第二反射結(jié)構(gòu)130的其中一個為窄帶的反射鏡，而另一個為寬帶的反射鏡。如本實施方式中第一反射結(jié)構(gòu)110為寬帶反射結(jié)構(gòu)，其位于第一增益結(jié)構(gòu)121的左側(cè)；第二反射結(jié)構(gòu)130為窄帶反射結(jié)構(gòu)，其位于第二增益結(jié)構(gòu)122的右側(cè)。本實施方式中寬帶反射結(jié)構(gòu)對應(yīng)的波長為中心波長±10nm，窄帶反射結(jié)構(gòu)對應(yīng)的波長為中心波長±0.1nm。

在該實施例的基礎(chǔ)上還可以輕易變形出的技術(shù)方案有：增益結(jié)構(gòu)和/或溫度補償結(jié)構(gòu)可設(shè)置為多個，通過一個或多個負溫度系數(shù)材料的溫度補償結(jié)構(gòu)補償一個或多個增益結(jié)構(gòu)，且滿足(Δn₁₁*l₁₁+Δn₁₂*l₁₂+…Δn_1m*l_1m)+(Δn₂₁*l₂₁+Δn₂₂*l₂₂+…Δn_1n*l_1n)＝0，m和n分別為增益結(jié)構(gòu)與溫度補償結(jié)構(gòu)的數(shù)量。

參圖3所示介紹本申請諧振腔的第二實施方式。該諧振腔200從左向右依次包括第一反射結(jié)構(gòu)210、增益單元220、以及第二反射結(jié)構(gòu)230，其中，增益單元包括位于第一反射結(jié)構(gòu)210右側(cè)的增益結(jié)構(gòu)221、位于第二反射結(jié)構(gòu)230左側(cè)的溫度補償結(jié)構(gòu)222，上述結(jié)構(gòu)與第一實施方式中完全相同，此處不再進行一一贅述，而與第一實施方式不同的是，本實施方式中在增益結(jié)構(gòu)221和溫度補償結(jié)構(gòu)222之間還設(shè)有過渡結(jié)構(gòu)223。過渡結(jié)構(gòu)223能夠起到過渡光波在增益結(jié)構(gòu)和溫度補償結(jié)構(gòu)傳輸?shù)淖饔谩?/p>

本實施方式中的過渡結(jié)構(gòu)223為增透膜與模斑轉(zhuǎn)換器中的一個或多個的組合，增透膜能夠提高光波在增益單元中的透射效果，模斑轉(zhuǎn)換器能夠提高光波在增益單元中的耦合度。具體地，過渡結(jié)構(gòu)可以為一層或多層增透膜、或者一 個或多個模斑轉(zhuǎn)換器，也可以為增透膜和模斑轉(zhuǎn)換器的組合等。

在該實施例的基礎(chǔ)上還可以輕易變形出的技術(shù)方案有：增益結(jié)構(gòu)和/或溫度補償結(jié)構(gòu)可設(shè)置為多個，通過一個或多個負溫度系數(shù)材料的溫度補償結(jié)構(gòu)補償一個或多個增益結(jié)構(gòu)，增益結(jié)構(gòu)之間、溫度補償結(jié)構(gòu)之間、以及增益結(jié)構(gòu)和溫度補償結(jié)構(gòu)之間可分別設(shè)置過渡結(jié)構(gòu)，且滿足(Δn₁₁*l₁₁+Δn₁₂*l₁₂+…Δn_1m*l_1m)+(Δn₂₁*l₂₁+Δn₂₂*l₂₂+…Δn_1n*l_1n)＝0，m和n分別為增益結(jié)構(gòu)與溫度補償結(jié)構(gòu)的數(shù)量。

應(yīng)當(dāng)理解的是，本申請各實施方式中的諧振腔可以用于絕熱激光器中，從而實現(xiàn)不同溫度下保持波長穩(wěn)定的效果，當(dāng)然，該諧振腔不僅限于用于激光器中，也可以用于其他需滿足“不同溫度下保持波長穩(wěn)定”的各種光學(xué)元器件中，此處不再一一舉例進行說明。

參圖4所示介紹本申請絕熱激光器的第三實施方式。本實施方式中絕熱激光器300包括基板30、位于基板上的Ⅲ-Ⅴ族化合物波導(dǎo)31和聚合物波導(dǎo)32、位于Ⅲ-Ⅴ族化合物波導(dǎo)31和聚合物波導(dǎo)32之間的增透膜33、以及位于Ⅲ-Ⅴ族化合物波導(dǎo)32一側(cè)的寬帶反射膜34和位于聚合物波導(dǎo)33一側(cè)的窄帶光柵反射結(jié)構(gòu)35。

其中，基板30上設(shè)有凹陷部，增透膜33位于該凹陷部內(nèi)。凹陷部內(nèi)還設(shè)有與增透膜33相鄰的氧化硅襯底301，聚合物波導(dǎo)33和窄帶光柵反射結(jié)構(gòu)35位于氧化硅襯底301上。

與第一、第二實施方式類似地，本實施方式中的Ⅲ-Ⅴ族化合物波導(dǎo)31和聚合物波導(dǎo)32分別為正溫度系數(shù)材料和負溫度系數(shù)材料，且兩者滿足：Δn₁*l₁+Δn₂*l₂＝0，Δn₁＝d_n1/d_T和Δn₂＝d_n2/d_T分別為Ⅲ-Ⅴ族化合物波導(dǎo)和聚合物波導(dǎo)的溫度系數(shù)，n₁和n₂分別為Ⅲ-Ⅴ族化合物波導(dǎo)和聚合物波導(dǎo)的折射率，l₁和l₂分別為Ⅲ-Ⅴ族化合物波導(dǎo)和聚合物波導(dǎo)的長度，聚合物波導(dǎo)通過對光程進行補償來維持射出諧振腔的光線的波長保持不變。

本申請通過上述實施方式，具有以下有益效果：

增益結(jié)構(gòu)和溫度補償結(jié)構(gòu)分別選用正溫度系數(shù)材料和負溫度系數(shù)材料，采 用負溫度系數(shù)材料作為補償能使得諧振腔在不同溫度下保持波長穩(wěn)定；

絕熱激光器中諧振腔增益單元的有效折射率不會變化，進而光程保持不變，激光器的輸出波長不會隨著溫度漂移。

應(yīng)當(dāng)理解，雖然本說明書按照實施方式加以描述，但并非每個實施方式僅包含一個獨立的技術(shù)方案，說明書的這種敘述方式僅僅是為清楚起見，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)將說明書作為一個整體，各實施方式中的技術(shù)方案也可以經(jīng)適當(dāng)組合，形成本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的其他實施方式。

上文所列出的一系列的詳細說明僅僅是針對本申請的可行性實施方式的具體說明，它們并非用以限制本申請的保護范圍，凡未脫離本申請技藝精神所作的等效實施方式或變更均應(yīng)包含在本申請的保護范圍之內(nèi)。