本發(fā)明屬于激光器技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種轉(zhuǎn)彎鎖模波導(dǎo)激光器。

背景技術(shù)：

波導(dǎo)激光器是基于波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的微型激光器，其核心是光波導(dǎo)，光波導(dǎo)是集成光學(xué)器件的基礎(chǔ)。波導(dǎo)激光用激光增益介質(zhì)上的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)作為激光諧振腔，將泵浦光耦合到波導(dǎo)中，在波導(dǎo)增益介質(zhì)中產(chǎn)生激光振蕩。激光增益介質(zhì)是以晶體、玻璃、透明陶瓷、鈦寶石為基質(zhì)，其中摻入作為激活離子的稀土元素(如nd³⁺、er³⁺、yb³⁺、tm³⁺等)形成的。與體器件相比，波導(dǎo)激光利用波導(dǎo)結(jié)構(gòu)把光束的能量約束在截面非常小的波導(dǎo)內(nèi)，能夠有效的提高光的能量密度，獲得高增益，從而降低激光的泵浦閾值，提高斜率效率。波導(dǎo)本身具有很大的縱橫比，散熱面積大，因此波導(dǎo)激光不容易受到熱效應(yīng)的影響。與一般的集成光學(xué)元件相比，波導(dǎo)激光應(yīng)用范圍更廣，它可以與其它光學(xué)器件結(jié)合使用，制備多功能的集成光學(xué)元件，為功能化的集成光學(xué)芯片提供可靠的激光源，也可以單獨作為激光器使用，因此具有廣闊的發(fā)展前景。

目前，波導(dǎo)激光器的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)大多是通過基質(zhì)表面沉積、表面構(gòu)造以及內(nèi)部構(gòu)造得到，而且波導(dǎo)結(jié)構(gòu)均為直線型，如果要獲得較好的增益效果就必須將波導(dǎo)結(jié)構(gòu)做的很長，難以滿足微型化需求，不利于波導(dǎo)激光器與其他功能器件的集成應(yīng)用。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了解決現(xiàn)有的直線型波導(dǎo)激光器器型大、增益效果差的技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種轉(zhuǎn)彎鎖模波導(dǎo)激光器。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案是：一種轉(zhuǎn)彎鎖模波導(dǎo)激光器，包括泵浦源、諧振腔和位于諧振腔內(nèi)的波導(dǎo)激光介質(zhì)，其特殊之處在于：所述波導(dǎo)激光介質(zhì)內(nèi)分布有轉(zhuǎn)彎的波導(dǎo)模場；所述諧振腔包括耦合輸入鏡和耦合輸出鏡，所述耦合輸入鏡位于泵浦源的泵浦光輸出端和波導(dǎo)模場的泵浦光輸入端之間，所述耦合輸出鏡位于波導(dǎo)模場的激光輸出端處。

較佳的，上述波導(dǎo)激光介質(zhì)的截面為直角三角形，所述波導(dǎo)模場為l型或者v型，波導(dǎo)模場的泵浦光輸入端和激光輸出端分別位于直角三角形的兩條直角邊上；所述波導(dǎo)模場在波導(dǎo)激光介質(zhì)內(nèi)的分布路徑是：由直角三角形的一條直角邊向斜邊延伸，在斜邊處折轉(zhuǎn)后再向另一條直角邊延伸。

較佳的，上述波導(dǎo)激光介質(zhì)的截面為直角三角形，所述波導(dǎo)模場為u型，波導(dǎo)模場的泵浦光輸入端和激光輸出端均位于直角三角形的斜邊上；所述波導(dǎo)模場在波導(dǎo)激光介質(zhì)內(nèi)的分布路徑是：由直角三角形的斜邊向第一條直角邊延伸，在第一條直角邊處折轉(zhuǎn)后向第二條直角邊延伸，在第二條直角邊處折轉(zhuǎn)后再向斜邊延伸。

上述波導(dǎo)模場是在波導(dǎo)激光介質(zhì)上進行激光光刻得到的，可以有效控制模場大小、功率密度，同時可以任意控制激光傳輸?shù)姆较蚣肮饴贰?/p>

上述泵浦源和耦合輸入鏡之間設(shè)置有泵浦耦合裝置，可以進行泵浦光聚焦。

上述耦合輸入鏡對泵浦光增透，對振蕩光全反射；所述耦合輸出鏡對振蕩光的反射率為70％到95％。

上述耦合輸出鏡為可飽和吸收耦合輸出鏡或者在波導(dǎo)模場的激光輸出端設(shè)置有可飽和吸收體。

上述可飽和吸收體為透射式半導(dǎo)體可飽和吸收體或者是由黑磷、石墨烯、碳納米管、二硫化鎢或者二硫化鉬制成的二維材料。

本發(fā)明的有益效果在于：

(1)本發(fā)明采用帶有轉(zhuǎn)彎波導(dǎo)模場的波導(dǎo)激光介質(zhì)，由于波導(dǎo)模場的限制，使高階模比低階模損耗更多的能量，在模式競爭中被削弱甚至被抑制，激光器可以輸出較好光束質(zhì)量的激光；而且轉(zhuǎn)彎波導(dǎo)模場結(jié)構(gòu)有助于增加波導(dǎo)激光器波導(dǎo)長度的同時獲得更加緊湊的結(jié)構(gòu)，從而進一步實現(xiàn)飛秒激光光刻鎖模波導(dǎo)激光器的微型化。

(2)本發(fā)明中的轉(zhuǎn)彎波導(dǎo)模場是在波導(dǎo)激光介質(zhì)中通過激光光刻得到的，通過調(diào)整飛秒激光器在激光介質(zhì)中的光刻參數(shù)，可以控制轉(zhuǎn)彎波導(dǎo)模場的模場大小，從而限制了振蕩激光在可飽和吸收體上的功率密度，簡化了波導(dǎo)激光器結(jié)構(gòu)的同時，避免了可飽和吸收體的損傷。

附圖說明

圖1為本發(fā)明轉(zhuǎn)彎鎖模波導(dǎo)激光器的較佳實施例結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明l型波導(dǎo)模場在波導(dǎo)激光介質(zhì)中的分布示意圖。

圖3為本發(fā)明u型波導(dǎo)模場在波導(dǎo)激光介質(zhì)中的分布示意圖。

具體實施方式

參見圖1，本發(fā)明提供一種轉(zhuǎn)彎鎖模波導(dǎo)激光器，其較佳實施例的結(jié)構(gòu)包括泵浦源1、泵浦耦合裝置2、耦合輸入鏡3、波導(dǎo)激光介質(zhì)4、可飽和吸收體5和耦合輸出鏡6。

泵浦源1發(fā)射出的泵浦光通過泵浦耦合裝置2和耦合輸入鏡3后，進入波導(dǎo)激光介質(zhì)4中，產(chǎn)生的振蕩光在由耦合輸入鏡3和耦合輸出鏡6構(gòu)成的諧振腔中不斷獲得增益，放置于諧振腔內(nèi)的可飽和吸收體5對振蕩光進行調(diào)制，當(dāng)振蕩光達到諧振腔閾值后，再通過耦合輸出鏡6進行鎖模激光輸出。耦合輸入鏡3對泵浦光增透，對振蕩光全反射；耦合輸出鏡6對振蕩光部分反射，反射率在70％到95％。

波導(dǎo)激光介質(zhì)4可以是摻稀土元素玻璃、摻稀土元素晶體、摻稀土元素陶瓷、鈦寶石等。波導(dǎo)激光介質(zhì)內(nèi)分布有轉(zhuǎn)彎的波導(dǎo)模場；波導(dǎo)模場是通過飛秒激光器在波導(dǎo)激光介質(zhì)上光刻得到的，改變光刻參數(shù)便可以控制波導(dǎo)模場大小，進而實現(xiàn)對可飽和吸收體上功率密度的控制，獲得鎖模激光輸出的同時，避免了可飽和吸收體的損傷。

圖2為一種波導(dǎo)激光介質(zhì)，其截面為直角三角形，轉(zhuǎn)彎波導(dǎo)模場在波導(dǎo)激光介質(zhì)內(nèi)呈l型(或者v型)分布，轉(zhuǎn)彎波導(dǎo)模場的泵浦光輸入端和激光輸出端分別位于直角三角形的兩條直角邊上，其分布路徑是由直角三角形的一條直角邊向斜邊延伸，在斜邊處折轉(zhuǎn)后再向另一條直角邊延伸。

圖3為另一種波導(dǎo)激光介質(zhì)，其截面為直角三角形，轉(zhuǎn)彎波導(dǎo)模場在波導(dǎo)激光介質(zhì)內(nèi)呈u型分布，轉(zhuǎn)彎波導(dǎo)模場的泵浦光輸入端和激光輸出端均位于直角三角形的斜邊上，其分布路徑是：由直角三角形的斜邊向第一條直角邊延伸，在第一條直角邊處折轉(zhuǎn)后向第二條直角邊延伸，在第二條直角邊處折轉(zhuǎn)后再向斜邊延伸。

除了以上兩種二維平面內(nèi)的轉(zhuǎn)彎波導(dǎo)模場，也可以采用基于l型、v型或者u型波導(dǎo)模場衍生出的其它二維或者三維組合結(jié)構(gòu)。

可飽和吸收體5緊貼波導(dǎo)激光介質(zhì)4一端放置，或直接貼在波導(dǎo)激光介質(zhì)4一端?？娠柡臀阵w5可以是透射式半導(dǎo)體可飽和吸收體或者由黑磷、石墨烯、碳納米管、二硫化鎢、二硫化鉬等制成的二維材料。另外，也可以直接采用可飽和吸收耦合輸出鏡作為鎖模激光輸出端口。

基于全反射原理，波導(dǎo)激光介質(zhì)可將振蕩光束限制在固定模場大小的波導(dǎo)模場內(nèi)進行傳輸，轉(zhuǎn)彎波導(dǎo)模場的模場大小可以根據(jù)所使用的可飽和吸收體飽和吸收功率密度及損傷閾值計算得出，由飛秒激光器在激光介質(zhì)中，通過光刻方式直接制備相應(yīng)模場大小的波導(dǎo)模場，該方式極大增加了光密度的同時，實現(xiàn)了對腔內(nèi)模場大小及功率密度的有效控制，實現(xiàn)了鎖模激光輸出的同時，避免了可飽和吸收體的損耗，并且可以任意控制激光傳輸?shù)姆较蚣肮饴贰?/p>

技術(shù)特征：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明屬于激光器技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種轉(zhuǎn)彎鎖模波導(dǎo)激光器，包括泵浦源、諧振腔和位于諧振腔內(nèi)的波導(dǎo)激光介質(zhì)，其特征在于：所述波導(dǎo)激光介質(zhì)內(nèi)分布有轉(zhuǎn)彎的波導(dǎo)模場；所述諧振腔包括耦合輸入鏡和耦合輸出鏡，所述耦合輸入鏡位于泵浦源的泵浦光輸出端和波導(dǎo)模場的泵浦光輸入端之間，所述耦合輸出鏡位于波導(dǎo)模場的激光輸出端處。本發(fā)明采用帶有轉(zhuǎn)彎波導(dǎo)模場的波導(dǎo)激光介質(zhì)，由于波導(dǎo)模場的限制，使高階模比低階模損耗更多的能量，在模式競爭中被削弱甚至被抑制，激光器可以輸出較好光束質(zhì)量的激光；而且轉(zhuǎn)彎波導(dǎo)模場結(jié)構(gòu)有助于增加波導(dǎo)激光器波導(dǎo)長度的同時獲得更加緊湊的結(jié)構(gòu)，從而進一步實現(xiàn)飛秒激光光刻鎖模波導(dǎo)激光器的微型化。

技術(shù)研發(fā)人員：程光華;孫哲;呂靜
受保護的技術(shù)使用者：中國科學(xué)院西安光學(xué)精密機械研究所
技術(shù)研發(fā)日：2016.12.30
技術(shù)公布日：2017.08.15