CN112152060B - 基于布儒斯特角的光子晶体微型激光器谐振腔 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及激光器谐振腔，公开了一种基于布儒斯特角的光子晶体微型激光器谐振腔，主旨在于能够实现选择性激光波长输出。主要方案包括全反射镜，所述的两块全反射镜成一定夹角，与缺陷状光子晶体组合形成三棱柱。所述缺陷状光子晶体是具有缺陷的一维光子晶体，可以用(AB)4C(AB)4表示，其中间层C是向列型液晶，为缺陷层，两边介质层AB周期为4；所述的光子晶体缺陷层上下表面设置有和可调电压源连接的兼容电极，当外加电场超过阈值时，缺陷膜层液晶的分子指向矢会随电极上的电压变化而变化，其非常光折射率发生改变，缺陷模频率随之发生迁移，利用此特性可以实现光波滤波。
Description
技术领域
本发明涉及激光器谐振腔，具体涉及一种基于布儒斯特角的光子晶体微型激光器谐振腔。
背景技术
光学谐振腔是光波在其中来回反射从而提供光能反馈的空腔，是激光器的必要组成部分。通常由两块与工作介质轴线垂直的平面或凹球面反射镜构成。工作介质实现了粒子数反转后就能产生光放大。谐振腔的作用是选择频率一定、方向一致的光作最优先的放大，而把其他频率和方向的光加以抑制。凡不沿谐振腔轴线运动的光子均很快逸出腔外，与工作介质不再接触。沿轴线运动的光子将在腔内继续前进，并经两反射镜的反射不断往返运行产生振荡，运行时不断与受激粒子相遇而产生受激辐射，沿轴线运行的光子将不断增殖，在腔内形成传播方向一致、频率和相位相同的强光束，这就是激光。为把激光引出腔外，可把一面反射镜做成部分透射的，透射部分成为可利用的激光，反射部分留在腔内继续增殖光子。
谐振腔内可能存在的频率和方向称为本征模，按频率区分的称纵模，按方向区分的称横模。不同类型的谐振腔有不同的模式结构和限模特性。
光学谐振腔的作用有：
(1)提供反馈能量；
(2)选择光波的方向和频率。
光学谐振腔一般由两个或两个以上光学反射镜面组成。按组成谐振腔的两块反射镜的形状以及它们的相对位置，可将光学谐振腔区分为：平行平面腔，平凹腔，对称凹面腔，凸面腔等。平凹腔中如果凹面镜的焦点正好落在平面镜上，则称为半共焦腔；如果凹面镜的球心落在平面镜上，便构成半共心腔。对称凹面腔中两块反射球面镜的曲率半径相同。如果反射镜焦点都位于腔的中点，便称为对称共焦腔。如果两球面镜的球心在腔的中心，称为共
否则称为不稳定腔。上述列举的谐振腔都属稳定腔。用两块凸面镜组成的谐振腔为不稳定腔。平凹腔中如腔长太长，使凹球面的球心落在腔内，则腔中除沿光轴的光线外，其它方向光束经多次反射后必然会逸出腔外，故也为不稳定腔。对称凹面腔中，如腔长太长，使两球面球心分别落在腔中心点靠近自身一例，也是一种不稳定腔。
目前的激光器一般都是生成固定波长输出，无法自由选择波长，不具有普适性。
发明内容
本发明要解决的问题是：如何提供一种基于布儒斯特角的光子晶体微型激光器谐振腔，该谐振腔克服了现有技术中所存在的不足，能够实现选择性激光波长输出。
本发明所提出的技术问题是这样解决的：提供一种基于布儒斯特角的光子晶体微型激光器谐振腔：
①所述的两块全反射镜成一定夹角，与缺陷状光子晶体组合形成三棱柱。所述缺陷状光子晶体是具有缺陷的一维光子晶体，可以用(AB)4C(AB)4表示，其中间层C是向列型液晶，为缺陷层，两边介质层AB周期为4；
②所述的光子晶体缺陷层上下表面设置有和可调电压源连接的兼容电极，当外加电场超过阈值时，缺陷膜层液晶的分子指向矢会随电极上的电压变化而变化，其非常光折射率发生改变，缺陷模频率随之发生迁移，利用此特性可以实现光波滤波。
按照本发明所提供的基于布儒斯特角的光子晶体微型激光器谐振腔，在光学玻璃的背面，通过真空镀膜镀一层金属银薄膜构成全反射镜，使入射光反射。
按照本发明所提供的基于布儒斯特角的光子晶体微型激光器谐振腔，入射光与具有缺陷的光子晶体所成入射角为布儒斯特角，透射光变为偏振光，可以通过改变介质层周期来调节滤波通道半峰全宽。
按照本发明所提供的基于布儒斯特角的光子晶体微型激光器谐振腔，通过改变液晶缺陷层连接的可调电压源的外加电压来改变光子晶体光波透射频率。
上述技术方案中，介质层A折射率为n2，空气折射率为n1，布儒斯特角表示为
上述技术方案中，入射光以中心波长为λ0，介质层A11厚度为d2、介质层B12厚度为d3设置为
其中n2为介质层A折射率，n3为介质层B的折射率，介质层周期大小为d2+d3。
上述技术方案中，缺陷光子晶体向列型液晶层厚度为d1
其中，no、ne分别表示液晶寻常光和非寻常光的折射率，折射率平均值用nav表示。
该基于布儒斯特角的光子晶体微型激光器谐振腔，利用可调电压源改变光子晶体液晶缺陷层的液晶分子指向矢，进而改变非常光折射率，使缺陷模频率发生迁移，从而使激光器输出，有益效果为：
①输出波长具有选择性，可以根据需要调整电压大小从而改变波长；
②输出为偏振光。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本结构的正视图；
图3为具有缺陷的一维光子晶体结构图；
图4为系统的整体工作流程图；
其中，1-缺陷状光子晶体，2-全反射镜，11-介质层A，12-介质层B，13-向列型液晶缺陷，14-兼容电极，15-可调电压源。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述：
该基于布儒斯特角的光子晶体微型激光器谐振腔，包括全反射镜，缺陷状光子晶体，兼容电极以及可调电压源。
如图1、图2所示，两块全反射镜2成一定夹角，与缺陷状光子晶体1组合形成三棱柱。缺陷状光子晶体1是具有缺陷的一维光子晶体。
如图3所示，缺陷状光子晶体1可以用(AB)4C(AB)4表示，其中间层C是向列型液晶13，为缺陷层，两边介质层AB周期为4。当入射光以布儒斯特角方向进入缺陷光子晶体，经过多层介质，折射光变为TM偏振光波。设介质层A11折射率为n2，空气折射率为n1，布儒斯特角表示为
当入射光以中心波长为λ0入射，介质层A11厚度d2、介质层B12厚度d3设置为
其中n3为介质层B的折射率，介质层周期大小为d2+d3。
缺陷光子晶体向列型液晶层厚度d1设置为
其中，no、ne分别表示液晶寻常光和非寻常光的折射率，折射率平均值用nav表示。
当液晶分子指向矢与水平方向夹角为时，TE模与TM模非简并，TM模和TE模折射率表示为
nTE＝no
光子晶体缺陷层上下表面设置有和可调电压源连接的兼容电极，液晶分子的指向矢角随电极上的电压发生变化，引起TM模的折射率变化，实现对TM偏振模调谐滤波。
当外加电场使nTM＝nav时，入射光以布儒斯特角进入，折射光为波长为λ0-Δ～λ0+Δ，其余光波的光发生全反射，返回到空气中，其中Δ≈2nm。
在光刚从缺陷光子晶体出射时，改变电场大小，使外加电场大于阈值电场，随电压变化液晶分子指向矢角可由0到π/2变化，缺陷模中心波长发生迁移。调整电压大小，令液晶指向矢角此时中心波长变为λ1，光子晶体对于腔内λ0-Δ～λ0+Δ的光而言为全反射镜，其中λ1＜λ0-Δ，或λ1＞λ0+Δ。
光经三面全反射镜不断反射，并由腔内增益介质使光放大，当光强达到一定值时，改变电场大小，让光子晶体中心波长回到λ0，光经光子晶体出射。
Claims (8)
1.一种基于布儒斯特角的光子晶体微型激光器谐振腔，包括全反射镜(2)，其特征在于：
①两块全反射镜(2)成夹角，与缺陷状光子晶体(1)组合形成三棱柱；
所述缺陷状光子晶体是具有缺陷的一维光子晶体，表示为(AB)nC(AB)n，其中间层C是向列型液晶，为缺陷层，两边介质层AB周期为n；
②所述的缺陷状光子晶体的缺陷层上下表面设置有和可调电压源连接的兼容电极，当外加电场超过阈值时，缺陷层的液晶的分子指向矢会随电极上的电压变化而变化，其非常光折射率发生改变，缺陷模频率随之发生迁移，实现光波滤波；
当外加电场使nTM＝nav时，入射光以布儒斯特角进入，折射光为波长为λ0-Δ～λ0+Δ，其余波长的光发生全反射，返回到空气中，其中Δ≈2nm，nTM表示TM模折射，nav表示折射率平均值，λ0为入射光的中心波长；
在光刚从缺陷光子晶体出射时，改变电场大小，使外加电场大于阈值电场，随电压变化液晶分子指向矢角可由0到π/2变化，缺陷模中心波长发生迁移；调整电压大小，令液晶指向矢角此时中心波长变为λ1，光子晶体对于腔内λ0-Δ～λ0+Δ的光而言为全反射镜，其中λ1＜λ0-Δ，或λ1＞λ0+Δ；
光经三面全反射镜不断反射，并由腔内增益介质使光放大，当光强达到一定值时，改变电场大小，让光子晶体中心波长回到λ0，光经光子晶体出射。
2.根据权利要求1的所述的一种基于布儒斯特角的光子晶体微型激光器谐振腔，其特征在于，全反射镜(2)是通过在光学玻璃的背面，通过真空镀膜镀一层金属银薄膜，使入射光反射。
3.根据权利要求1所述的一种基于布儒斯特角的光子晶体微型激光器谐振腔，其特征在于，入射光与缺陷状光子晶体所成入射角为布儒斯特角，透射光变为偏振光，通过改变介质层周期来调节滤波通道半峰全宽。
4.根据权利要求1所述的一种基于布儒斯特角的光子晶体微型激光器谐振腔，其特征在于，通过改变可调电压源的外加电压来改变缺陷状光子晶体光波透射频率。
5.根据权利要求3所述的一种基于布儒斯特角的光子晶体微型激光器谐振腔，其特征在于，介质层A折射率为n2，空气折射率为n1，布儒斯特角表示为
6.根据权利要求1所述的一种基于布儒斯特角的光子晶体微型激光器谐振腔，其特征在于，入射光以中心波长为λ0，介质层A11厚度为d2、介质层B12厚度为d3设置为
其中n2为介质层A折射率，n3为介质层B的折射率，介质层周期大小为d2+d3。
7.根据权利要求1所述的一种基于布儒斯特角的光子晶体微型激光器谐振腔，其特征在于，缺陷光子晶体向列型液晶层厚度为d1
其中，no、ne分别表示液晶寻常光和非寻常光的折射率，折射率平均值用nav表示。
8.根据权利要求1所述的一种基于布儒斯特角的光子晶体微型激光器谐振腔，其特征在于，周期n为4。
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| CN101572377A (zh) * | 2009-05-31 | 2009-11-04 | 深圳大学 | 光子晶体谐振腔、光子晶体激光器及其制造方法 |
| CN103682966A (zh) * | 2013-12-02 | 2014-03-26 | 北京工业大学 | 一种基于空芯光子晶体光纤载体的活细胞生物激光器 |
| CN104577681A (zh) * | 2013-10-16 | 2015-04-29 | 大族激光科技产业集团股份有限公司 | 一种轴锥体、光学谐振腔及激光器 |
| CN108390249A (zh) * | 2018-05-18 | 2018-08-10 | 华南理工大学 | 基于光子晶体微腔的动态调q装置和方法 |
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|---|
| Low Loss and High-Quality Factor Optical Filter Using Photonic Crystal-Based Resonant Cavity;Mohammad Soroosh;《Journal oF Optical Communications》;20180630;全文 * |
| 液晶光子晶体光学特性的研究;闫彬;《中国优秀硕士学位论文全文数据库 工程科技Ⅰ辑》;20130515;第2-3章，图2.7、3.3 * |
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