CN103151693A - 一种采用晶体折射率调制的波长可调谐固体激光器 - Google Patents

Abstract

一种采用晶体折射率调制的波长可调谐固体激光器，属激光晶体折射率调制技术领域。包括全反镜、半反镜构成激光器的谐振腔、激励能源和增益介质，激励能源和增益介质位于谐振腔内构成激光器的基本结构，其特征在于在谐振腔内位于增益介质之后放置晶体，在与激光传播方向相垂直方向上对晶体施加以电场，通过电场对晶体折射率进行调制以实现固体激光器的波长可调谐。本发明的有益效果是：大幅调高晶体折射率调制的速度，降低调制的成本，并调高了折射率调制的精度和稳定度。

Description

一种采用晶体折射率调制的波长可调谐固体激光器

技术领域

本发明涉及一种采用晶体折射率调制的波长可调谐固体激光器，属激光晶体折射率调制技术领域。

背景技术

晶体的使用在生活和科研中都有着举足轻重的作用，而实现对晶体折射率的调制就成为一项特别重要的技术。晶体折射率的调制在光学和光通信中十分关键，尤其是在光通信领域中。目前，光通信已进入40Gb/s时代，随着光通信网络不断发展和扩大，速率也不断提高，对波长的需求也越来越多。波长可调谐激光器能够大大减轻密集波分复用(DWDM)系统在光源配置、备份和维护上的巨大压力，大大提高了网络系统的性价比，在宽带光网络中具有很大的应用潜力。而控制晶体折射率则成为可调谐激光器核心技术。晶体折射率调制的现有方法有温度调节、掺杂离子控制等，这些方法调制速度缓慢，而且精度差、效率低、成本难以控制，因此限制了晶体在很多方面的应用。

论文“一种线性声光调制驱动电源的研制”[重庆工学院电子信息与自动化学院徐霞，余成波，涂巧玲]中提到了一种声光调制的方法和补偿电路并进行了对比。纯粹的声光调制方法中声光调制器具有一定的非线性度，对调制精度产生一定的限制；经过补偿的系统过于复杂，不适用于低成本、小型化和大范围使用。

发明内容

为克服现有技术的缺陷和不足，本发明提供了一种采用晶体折射率调制的波长可调谐固体激光器，利用电场对晶体折射率进行调制以实现低成本、高精度、快速调制波长的波长可调谐固体激光器。

为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：

一种采用晶体折射率调制的波长可调谐固体激光器，包括全反镜、半反镜构成激光器的谐振腔、激励能源和增益介质，激励能源和增益介质位于谐振腔内构成激光器的基本结构，其特征在于在谐振腔内位于增益介质之后放置晶体，在与激光传播方向相垂直方向上对晶体施加以电场，通过电场对晶体折射率进行调制以实现固体激光器的波长可调谐。

所述的用于进行折射率调节的晶体是KDP、ADP、石英、ZnS、GaAs、ZnTe、CdTe、GaP、LiNbO₃、LiTaO₃、BaTiO₃晶体中的一种。

所述的对晶体施加的电场其电场强度大小是可变的，电场强度范围为0-1.43·10¹⁰V/m之间。

上述一种采用晶体折射率调制的波长可调谐固体激光器的工作方法，步骤如下：

1）摆放全反镜和半反镜，使他们构成光学谐振腔；

2）打开激励能源开关，激励能源工作使增益介质中出现粒子数反转，处于上能级的粒子数增加；

3）打开电场开关使电场施加在晶体上；

4）经过一段时间开始有激光输出时，改变施加在晶体上的电场的电场强度，晶体折射率发生变化，输出激光的波长也随之发生变化，输出激光经过耦合器耦合入光纤或准直器直接出射使用。

本发明原理如下：光波在介质中的传播规律受到介质折射率分布的制约，而折射率的分布又与其介电常数密切相关，当晶体上施加电场之后，将引起束缚电荷的重新分布，并可能导致离子晶格的微小形变，其结果将引起介电常数的变化，最终导致晶体折射率的变化，所以折射率成为外场E的函数。本发明中将调制晶体放入激光器谐振腔内，激光器输出光波长的公式为λ＝2nL/c，其中λ为激光器谐振波长，n为折射率，C为真空中的光速（3·10⁸m/s），nL为等效腔长，若将折射率为n长度为l(l<L)的晶体放入激光器谐振腔内，则等效腔长变为2(n*1+L-I)，即输出光波长公式为λ=2(n*1+L-I)/c。因此我们可以看出，激光器谐振腔长、晶体等效长度均不变的情况下，激光器输出光波长与晶体折射率n，成一定的函数关系，此为本发明的理论基础。

本发明结构图如图1所示，其中：

1为全反镜，2为半反镜，1、2构成光学谐振腔。光学谐振腔的作用有产生和维持光振荡、确定激光方向、选频和选偏振，而我们使用的是其选频的作用。

激励能源3的作用是为了使工作介质中出现粒子数反转，使用电激励或光激励等方法去激励原子体系，使处于上能级的粒子数增加。

工作物质4具有一定的能级结构，用来实现粒子数反转，工作物质具有亚稳能级使受激辐射占主导地位。

晶体5的电荷分布可以通过电场6进行控制调整，从而引起介电常数的变化，最终导致折射率的变化。将晶体放置在谐振腔中可以改变谐振腔的等效长度，从而改变输出激光的频率等特性。

本发明中的对晶体施加电场调制晶体折射率的方法也可应用于其他光路。

本发明的有益效果是：大幅调高晶体折射率调制的速度，降低调制的成本，并调高了折射率调制的精度和稳定度。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

其中：1、全反射镜，2、部分反射镜（也称半反镜），3、激励能源，4、增益介质，5、晶体，6、电场。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明，但不限于此。

实施例1：

本发明实施例1如图1所示，包括全反镜1、半反镜2构成激光器的谐振腔、激励能源3和增益介质4，激励能源3和增益介质4位于谐振腔内构成激光器的基本结构，其特征在于在谐振腔内位于增益介质4之后放置晶体5，在与激光传播方向相垂直方向上对晶体5施加以电场6，通过电场6对晶体5折射率进行调制以实现固体激光器的波长可调谐。

所述的用于进行折射率调节的晶体5是KDP晶体。

所述的对晶体5施加的电场其电场强度大小是可变的，电场强度范围为0-1.43·10¹⁰V/m之间。

实施例2：

和实施例1相同，只是所述的用于进行折射率调节的晶体5是CdTe晶体。

实施例3：

和实施例1相同，只是所述的用于进行折射率调节的晶体5是GaAs晶体。

实施例4：

和实施例1相同，只是所述的用于进行折射率调节的晶体5是石英晶体。

实施例5：

上述一种采用晶体折射率调制的波长可调谐固体激光器的工作方法，步骤如下：

1）摆放全反镜和半反镜，使他们构成光学谐振腔；

2）打开激励能源开关，激励能源工作使增益介质中出现粒子数反转，处于上能级的粒子数增加；

3）打开电场开关使电场施加在晶体上；

4）经过一段时间开始有激光输出时，改变施加在晶体上的电场的电场强度，晶体折射率发生变化，输出激光的波长也随之发生变化，输出激光经过耦合器耦合入光纤或准直器直接出射使用。

Claims (4)

1.一种采用晶体折射率调制的波长可调谐固体激光器，包括全反镜、半反镜构成激光器的谐振腔、激励能源和增益介质，激励能源和增益介质位于谐振腔内构成激光器的基本结构，其特征在于在谐振腔内位于增益介质之后放置晶体，在与激光传播方向相垂直方向上对晶体施加以电场，通过电场对晶体折射率进行调制以实现固体激光器的波长可调谐。

2.如权利要求1所述的一种采用晶体折射率调制的波长可调谐固体激光器，其特征在于所述的用于进行折射率调节的晶体是KDP、ADP、石英、ZnS、GaAs、ZnTe、CdTe、GaP、LiNbO₃、LiTaO₃、BaTiO₃晶体中的一种。

3.如权利要求1所述的一种采用晶体折射率调制的波长可调谐固体激光器，其特征在于所述的对晶体施加的电场其电场强度大小是可变的，电场强度范围为0-1.43·10¹⁰V/m之间。

4.如权利要求1所述的一种采用晶体折射率调制的波长可调谐固体激光器的工作方法，步骤如下：

1）摆放全反镜和半反镜，使他们构成光学谐振腔；

2）打开激励能源开关，激励能源工作使增益介质中出现粒子数反转，处于上能级的粒子数增加；

3）打开电场开关使电场施加在晶体上；

4）经过一段时间开始有激光输出时，改变施加在晶体上的电场的电场强度，晶体折射率发生变化，输出激光的波长也随之发生变化，输出激光经过耦合器耦合入光纤或准直器直接出射使用。

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