CN101257188B - 一种双通道输出的螺旋环形微腔激光器 - Google Patents

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Abstract

本发明属于集成光学器件技术领域，具体为一种双通道输出的螺旋环形微腔激光器。由一个螺旋环形微腔和两个输出波导组成。该激光器的输出方向性强，品质因子高，可在两个方向上输出不同的波长等优点，可作为集成光学芯片中的光源，特别适合作为紫外光或者深紫外光的微型激光器的结构。

Description

一种双通道输出的螺旋环形微腔激光器
技术领域
本发明属集成光学器件技术领域，具体涉及一种双通道输出的螺旋环形微腔激光器。
背景技术
近10-20年来，基于回音壁模式(Whispering-Gallery Modes，以下简称WGM)的光学微腔作为一种新型的集成光学器件，受到研究者的广泛重视。光学微腔就是指光学微谐振腔，即几何尺度可以与光波长比拟并且具有高品质因子的谐振腔。WGM光学微腔利用了光在微腔边界上的全反射形成限制作用，不仅能将光场很好地约束在微米量级，还可以从空间电磁场的连续模式中产生少数几个离散的光学模式。WGM微腔的优点是腔内光子寿命长，损耗低，品质因子(Q)高。因此，WGM光学微腔器件被认为在基础物理、非线性光学、光通信、光学传感等众多领域具有非常广泛的应用前景。但是因为普通的WGM光学微腔的形状为圆形，激光只能沿着圆的切线方向向外出射，因而出射激光的方向性很差。而且只有很少的能量可以耦合出来。近年来，为了得到方向性出射的激光，人们对于变形的微腔进行了进一步的研究。通过改变微腔的形状，使光在曲率比较高的区域出射，形成方向性的激光出射。这类激光谐振腔的典型代表就是三角形微腔，方形微腔，六角形微腔，椭圆微腔，以及体育场型微腔。
上述的各种变形微腔虽然能够得到方向性的出射，作为光通信器件或者集成光学器件而言还不够好，因为它们的出射激光的方向很多而且不容易和其它的光学器件进行对接。2003年，耶鲁大学Grace Chern报导了一种螺旋型的微腔，这种微腔完全打破了对称性，并且具有单方向出射，非常适合与其它光学元件耦合，例如光波导，光栅，其余放大或者调制的器件。
发明内容
本发明的目的在于提出一种双通道输出的螺旋环形微腔激光器。
本发明提出的双通道输出的螺旋环形微腔激光器，由如下部分依次连接组成：螺旋环形微腔1，输出波导2和另一输出波导3，如图1所示。本发明中，螺旋环形微腔激光器的材料可以为半导体或其他有机、无机材料。
本发明中，螺旋环形微腔1的外圈轮廓由以下数学表达式所示：r(φ)＝r0(1+ε.φ/2π)，式中r0是初始半径，ε是偏离度，φ是角度，也就是外圈轮廓呈螺旋线型分布。内圈是一个圆形孔，大小可以根据需要进行控制。在外圈缺口处，分别连接两根波导2、3。光在螺旋环形微腔1内沿外圈轮廓通过全反射进行传播，当激光器在电或光泵浦下达到激射条件后，在腔内形成回音壁模式激光，一部分能量的激光通过输出波导2、3，形成方向性出射。不同波长的激光在螺旋环形微腔1的路径不同，因此，从波导2、3输出的激光的波长是不一样的。
本发明中，螺旋环形微腔尺寸为50微米到200微米。两根输出波导可以是直波导，也可以是弯曲波导。
该激光器的输出方向性强，品质因子高，可在两个方向上输出不同的波长等优点，可作为集成光学芯片中的光源，特别适合作为紫外光或者深紫外光的微型激光器的结构。
附图说明
图1是双通道输出的螺旋环形微腔激光器示意图。
图2是有机无机复合双通道输出的螺旋环形微腔激光器的显微镜形貌图。
图3是有机无机复合双通道输出的螺旋环形微腔激光器的远场强度分布图。
图4是波导2输出光谱图。
图5是波导3输出光谱图。
图中标号：1.螺旋环形微腔，2.输出波导，3.另一输出波导。
具体实施方式
下面通过具体实例进一步描述本发明：
实例：用来制备微腔激光器的有机无机复合材料是由甲基丙烯酸丙脂基三甲氧基硅烷(MAPTMS)、甲基丙烯酸(MAA)和丙氧基锆烷(Zr(OC3H7)4)三种材料经水解聚合而成。复合材料的无机网格是由MAPTMS的无机部分和Zr(OC3H7)4通过水解聚合形成的二氧化硅和二氧化锆网格组成，Zr(OC3H7)4的加入可以控制材料的折射率。MAPTMS的有机部分通过加入光引发剂在紫外光照下聚合或与MAA聚合，形成复合材料的有机网格部分。
利用溶胶-凝胶法配制该有机无机复合材料溶液，并在其中掺杂一定比例的有机荧光染料若丹明B(RhB)作为激光的增益介质；其次，利用旋涂甩膜法和紫外光刻工艺在具有厚二氧化硅层的硅片上制备微腔激光器。
微腔激光器采用光泵浦，泵浦光为Nd:YAG皮秒激光的倍频绿光(波长为532nm)，并通过一个聚焦透镜，垂直地照射在微腔上。在微腔的侧面，用一个收集透镜收集出射激光，通过光纤束将光信号送到单色仪进行光谱分析。并且，可以通过旋转样品台来测量不同方向的激光出射强度和光谱。
图2表示的是初始半径为100微米的有机无机复合双通道输出的螺旋环形微腔激光器的显微镜形貌图。
图3所示的是有机无机复合双通道输出的螺旋环形微腔激光器的远场强度分布图。从图上可知，激光分别从波导2和3输出，具有很好的方向性出射。
图4和图5分别表示的是在同一个泵浦条件下，从输出波导2和另一输出3输出的光谱图。从图上可知，输出波导2和另一输出波导3输出的波长是不一样的。

Claims (3)

1.一种双通道输出的螺旋环形微腔激光器，其特征在于由如下部分连接组成：螺旋环形微腔和两根输出波导；所述两根输出波导入口连接于所述螺旋环形微腔的出口处，在两个方向上输出不同的波长。
2.根据权利要求1所述的双通道输出的螺旋环形微腔激光器，其特征在于微腔激光器的材料是有机或无机材料。
3.根据权利要求1所述的双通道输出的螺旋环形微腔激光器，其特征在于螺旋环形微腔(1)的外圈轮廓由以下数学表达式所示：r(φ)＝r0(1+ε.φ/2π)，式中r0是初始半径，ε是偏离度，φ是角度，也就是外圈轮廓呈螺旋线型分布，内圈是一个圆形孔；在外圈出口处，分别连接两根输出波导。
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