CN109119880B - 一种声场驱动sbs激光器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种声场驱动SBS激光器，声场驱动SBS激光器包括：微环谐振腔、直波导、第一支架、第二支架、衬底、泵浦光源、电声换能器和第三支架；其中，第一支架、第二支架与第三支架均置于衬底上；第一支架用于支撑直波导，第二支架用于支撑微环谐振腔，第三支架用于支撑电声换能器；直波导与微环谐振腔的一侧形成侧向耦合，泵浦光源通过直波导侧向耦合进微环谐振腔中，电声换能器与微环谐振腔的另一侧形成侧向接触。本发明通过电声换能器直接与微环谐振腔互相接触，声波直接进入微环谐振腔中，电声换能器注入的声场可加大微环谐振腔中的原始声场，声场与光场在微环谐振腔中相互重叠作用，由此产生低阈值高增益的SBS激光输出。

Description

一种声场驱动SBS激光器
技术领域
本发明涉及集成光学技术领域，更具体地，涉及一种声场驱动SBS(stimulatedBrillouin scattering,受激布里渊散射)激光器。
背景技术
在光信号处理、传感、物理量的精确测量、微波光子滤波器等领域，可在片上集成硅波导中产生低阈值受激布里渊激光器件具有很好的应用前景。产生受激布里渊激光的关键是实现对声场和光场的激发与限制。
专利CN105629387A公开了一种微环波导器件，其将直波导与微环谐振腔互相耦合，外界的泵浦光通过直波导耦合进入悬空的微环谐振腔中；由于微环谐振腔的横截面的尺寸在纳米量级，在其中产生的辐射压力与电致伸缩压力大小相比拟，由此极大地增强微环谐振腔中的光力，更容易激发出微环谐振腔中的本征声场，微环谐振腔的布里渊效应随着声场的产生而产生；其将微环谐振腔相对于衬底形成悬空结构，使得微环谐振腔中产生的声场能被限制在谐振腔中低损耗的传播，从而能有效地降低布里渊阈值，还能形成多阶的前向布里渊效应，在小尺寸的硅基微环波导器件上实现了低阈值的多阶布里渊效应。
但是该专利本质是SBS放大器，仅是SBS激光器件的一个组成部分，只能提供SBS放大，由于声场小损耗大，并不能够产生激光输出。
发明内容
针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于解决片上SBS激光器发光的一大难题——激光震荡中声场大规模损耗与泄露的技术问题，由此可以激发出片上的低阈值高增益激光输出。
为实现上述目的，本发明提供了一种声场驱动SBS激光器，所述声场驱动SBS激光器包括：微环谐振腔、直波导、第一支架、第二支架、衬底、泵浦光源、电声换能器和第三支架；
其中，第一支架、第二支架与第三支架均置于衬底上；第一支架用于支撑直波导，第二支架用于支撑微环谐振腔，第三支架用于支撑电声换能器；
直波导与微环谐振腔的一侧形成侧向耦合，泵浦光源通过直波导侧向耦合进微环谐振腔中，电声换能器与微环谐振腔的另一侧形成侧向接触。
具体地，所述电声换能器由压电材料基体与微波传输线组成。
具体地，所述电声换能器的微波传输线采用交叉放置于压电基体上。
具体地，所述电声换能器的压电材料基体采用钛酸钡、锆钛酸铅、偏铌酸铅或铌酸铅钡锂。
具体地，微环谐振腔相对于衬底形成悬空结构。
具体地，所述微环谐振腔采用封闭环形结构。
具体地，所述封闭环形结构采用圆环形、跑道状环形、螺旋环形。
具体地，微环谐振腔、直波导、电声换能器三者均处于同一平面内。
具体地，外部注入的电流通过电声换能器转化为声波进入微环谐振腔中。
具体地，由电声换能器外部注入的声波可增强微环谐振腔中的声场。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：
本发明通过电声换能器直接与微环谐振腔互相接触，声波直接进入微环谐振腔中，电声换能器注入的声场可加大原始声场并与光场在微环谐振腔中相互重叠作用，由此极大的增强微环谐振腔中的声场。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种声场驱动SBS激光器件结构示意图；
图2为本发明实施例提供的一种声场驱动SBS激光器件横截面示意图；
在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：1-微环谐振腔、2-直波导、3-第一支架、4-衬底、5-第二支架、6-电声换能器、7-第三支架。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
布里渊效应包括自发布里渊散射与受激布里渊散射，当泵浦光功率达到阈值时，会由自发布里渊散射变成受激布里渊散射。图1为本发明实施例提供的一种声场驱动SBS激光器件结构示意图。如图1所示，所述声场驱动SBS激光器包括：微环谐振腔1、直波导2、第一支架3、第二支架5、衬底4、电声换能器6和第三支架7；
其中，第一支架3、第二支架5与第三支架7均置于衬底4上；第一支架3用于支撑直波导2，第二支架5用于支撑微环谐振腔1；直波导2与微环谐振腔1相互耦合；电声换能器6置于第三支架7上，第三支架7整体形状与电声换能器6匹配；电声换能器6与微环谐振腔1相互接触。
微环谐振腔既为谐振腔也为工作物质，泵浦源是从直波导注入的外加光源。声场驱动装置即是电声换能器6，它是声场驱动SBS激光器的必要组成部分。
电声换能器6由压电材料基体与微波传输线组成。
优选地，电声换能器的微波传输线采用交叉放置于压电基体上，以利于声场的产生。
优选地，微波传输线可采用铜单质等金属材料，其基体材料可采用钛酸钡、锆钛酸铅、偏铌酸铅或铌酸铅钡锂；这些材料能产生与SBS相匹配的高频声波。
电声换能器6基体与微环谐振腔1相互接触，以利于声场直接注入到微环谐振腔1中。
可选地，微环谐振腔1相对于衬底4形成悬空结构，使得微环谐振腔中的声场能被较好的限制在谐振器中低损耗传播，从而有效降低布里渊阈值，在较小的硅基器件上实现了低阈值、，高功率的受激布里渊激光输出。
可选地，微环谐振腔采用封闭环形结构。优选地，可采用圆环形、跑道状环形、螺旋环形。
图2为本发明实施例提供的一种声场驱动SBS激光器件横截面示意图。如图2所示，直波导2与微环谐振腔波导1分别在“人”字形的第一支架3与第二支架5的支撑下形成了相对于衬底的悬空结构。对于第三支架7则无具体要求，能支撑起电声换能器6即可。直波导2的横截面与第一支架3的横截面沿中轴线对齐，微环谐振腔1的横截面与第二支架5的横截面沿中轴线对齐。
本发明中，直波导2位于微环谐振腔1的一侧，电声换能器6位于微环谐振腔1的另一侧，三者均处于同一平面内。直波导2与微环谐振腔1形成侧向耦合。泵浦光源通过直波导2侧向耦合进微环谐振腔1中。当泵浦光波长位于微环谐振腔1的谐振波长处时，由于微环的谐振效应，使得在注入泵浦光功率较低的情况下，微环谐振腔中的光功率密度得到增强，进而使得微环中由谐振光场产生的光力得到增强，从而很容易的激发出微环谐振腔中的本征模式声场，在声场和光场的相互作用下产生布里渊散射。电声换能器6与微环谐振腔1侧向接触。外部注入的电流通过声场驱动装置转化为声波进入微环谐振腔中。通过参数的设计与结构优化，由电声换能器6外部注入的声波可增强微环谐振腔中的本征模式声场，从而使得微环谐振腔1中的声场得到了极大地加强。
本领域的技术人员容易理解，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种声场驱动SBS激光器，其特征在于，所述声场驱动SBS激光器包括：微环谐振腔、直波导、第一支架、第二支架、衬底、泵浦光源、电声换能器和第三支架；
其中，第一支架、第二支架与第三支架均置于衬底上；第一支架用于支撑直波导，第二支架用于支撑微环谐振腔，第三支架用于支撑电声换能器；
直波导与微环谐振腔的一侧形成侧向耦合，泵浦光源通过直波导侧向耦合进微环谐振腔中，电声换能器与微环谐振腔的另一侧形成侧向接触。
2.如权利要求1所述的声场驱动SBS激光器，其特征在于，所述电声换能器由压电材料基体与微波传输线组成。
3.如权利要求2所述的声场驱动SBS激光器，其特征在于，所述电声换能器的微波传输线采用交叉放置于压电基体上。
4.如权利要求2所述的声场驱动SBS激光器，其特征在于，所述电声换能器的压电材料基体采用钛酸钡、锆钛酸铅、偏铌酸铅或铌酸铅钡锂。
5.如权利要求1所述的声场驱动SBS激光器，其特征在于，微环谐振腔相对于衬底形成悬空结构。
6.如权利要求1所述的声场驱动SBS激光器，其特征在于，所述微环谐振腔采用封闭环形结构。
7.如权利要求6所述的声场驱动SBS激光器，其特征在于，所述封闭环形结构采用圆环形、跑道状环形、螺旋环形。
8.如权利要求1所述的声场驱动SBS激光器，其特征在于，微环谐振腔、直波导、电声换能器三者均处于同一平面内。
9.如权利要求1所述的声场驱动SBS激光器，其特征在于，外部注入的电流通过电声换能器转化为声波进入微环谐振腔中。
10.如权利要求1所述的声场驱动SBS激光器，其特征在于，由电声换能器外部注入的声波可增强微环谐振腔中的声场。
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