CN113036586B - 一种片上集成高重频激光谐振腔器件和超短脉冲激光器 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种片上集成高重频激光谐振腔器件和超短脉冲激光器，其中片上集成高重频激光谐振腔器件包括两端分别镀有半导体可饱和吸收镜和二色介质膜的半导体基片和置于半导体基片上的光纤槽中的增益光纤，增益光纤的两端分别对接半导体可饱和吸收镜的内表面和二色介质膜的内表面。超短脉冲激光器包括泵浦激光发生系统、耦合系统和上述片上集成高重频激光谐振腔器件。本申请器件集成度高，实用性强。进一步，本申请还通过压电致动器带动增益光纤伸缩以实现脉冲激光重复频率的调谐；本申请还通过在在半导体基片上布设多个激光谐振腔以实现脉冲激光阵列输出；本申请还通过控制调压器对各压电制动器独立调压实现多路脉冲激光频率同步。

Description

一种片上集成高重频激光谐振腔器件和超短脉冲激光器

技术领域

本申请涉及光电子器件技术领域，具体涉及一种片上集成高重频激光谐振腔器件和超短脉冲激光器。

背景技术

高重频超快激光在非线性医学成像、特种材料加工、任意波形产生以及高速光通信系统上有重要应用前景。根据被动锁模理论，重复频率与谐振腔的长度成反比，因此实现1GHz重复频率的超短脉冲激光需要把激光谐振腔的腔长缩短至10cm。目前这种激光腔通过用陶瓷插芯或套管通过轴向对接连接而成，面临着光纤模式不匹配和易受外界干扰等实用性不足问题。

发明内容

本申请的目的在于克服背景技术中存在的上述缺陷或问题，提供一种片上集成高重频激光谐振腔器件和超短脉冲激光器。其集成度高，实用性强，不易受外界干扰。

为达成上述目的，采用如下技术方案：

第一技术方案涉及一种片上集成高重频激光谐振腔器件，其包括：半导体基片，其沿第一方向的两端分别设有半导体可饱和吸收镜和二色介质膜，并设有至少一个沿第一方向贯穿所述半导体基片的光纤槽；和增益光纤，其数量与所述光纤槽的数量相同且一一对应地装设于所述光纤槽中并相对所述半导体基片固定；所述增益光纤的两端分别与所述半导体可饱和吸收镜的内表面和所述二色介质膜的内表面对接。

第二技术方案基于第一技术方案，其还包括温度调节器，所述温度调节器贴附于所述半导体基片的下表面，其包括半导体致冷片和温度传感器；所述温度传感器用于测量所述半导体基片的温度，所述半导体致冷片用于调节所述半导体基片的温度。

第三技术方案基于第一技术方案，其中，所述增益光纤的长度不超过10厘米。

第四技术方案基于第一至第三技术方案中任一项，其中，所述光纤槽开设于所述半导体基片的上表面，所述增益光纤嵌设于对应的所述光纤槽中。

第五技术方案基于第四技术方案，其还包括压电致动器；所述半导体基片还设有容置槽，所述容置槽的数量与所述光纤槽的数量相同且一一对应地与所述光纤槽连通；所述容置槽开口于所述半导体基片的上表面；所述压电致动器数量与所述容置槽的数量相同且一一对应地置于所述容置槽中；所述压电致动器在施以不同的电压时沿第一方向伸缩变形；所述增益光纤粘接于所述压电致动器的上表面。

第六技术方案基于第五技术方案，其中，所述光纤槽截面呈半圆形，其直径与对应的所述增益光纤的直径匹配。

第七技术方案基于第五技术方案，其中，所述压电致动器以不影响其自身沿第一方向伸缩变形的方式固接于所述容置槽中。

第八技术方案基于第五技术方案，其中，所述增益光纤与所述压电致动器的上表面粘接的部分被去除涂覆层。

第九技术方案基于第五技术方案，其中，所述半导体基片还设有引线通道，所述引线通道与所述容置槽数量相同且一一对应地连通；所述压电致动器的正、负极的引线分别通过所述引线通道引出至所述半导体基片的表面并对应地连接正、负极接线端子。

第十技术方案涉及一种超短脉冲激光器，其包括泵浦激光发生系统、耦合系统和第二至第九技术方案中任一项所述的片上集成高重频激光谐振腔器件；所述泵浦激光发生系统出射泵浦激光；所述耦合系统将所述泵浦激光耦合至各所述增益光纤，并引出各增益光纤形成的高重频脉冲激光。

第十一技术方案基于第十技术方案，其还包括温度控制器，所述温度控制器分别与所述半导体致冷片和所述温度传感器电连接，并根据所述温度传感器发送的半导体基片的温度控制所述半导体制冷片制冷以使所述半导体基片的温度保持稳定。

第十二技术方案基于第十技术方案，其中，所述耦合系统包括准直镜单元、分束镜单元和聚焦镜单元；所述分束镜单元包括与所述增益光纤数量相同且一一对应的分束镜；所述聚焦镜单元包括与所述增益光纤数量相同且一一对应的聚焦镜；所述准直镜单元准直所述泵浦激光发生系统出射的泵浦激光；所述分束镜接收经准直后的泵浦激光输出至对应的所述聚焦镜，其还输出经对应的所述聚焦镜聚焦后的高重频脉冲激光；所述聚焦镜将经准直后的泵浦激光聚焦后输出至对应的所述增益光纤对接所述二色介质膜的一端，其还将对应的所述增益光纤输出的高重频脉冲激光聚焦后输出至对应的所述分束镜。

第十三技术方案基于第十技术方案，其还包括调压器和重复频率控制器；所述片上集成高重频激光谐振腔器件具体如第五至第九技术方案中任一项所述；所述调压器数量与所述压电致动器数量相同且一一对应地电连接，用于调整对应的所述压电致动器的致动电压；所述重复频率控制器引入标准频率信号和各所述增益光纤形成的高重频脉冲激光，并根据各所述增益光纤形成的高重频脉冲激光的频率与标准频率信号的频率之间的频差控制与各所述增益光纤对应的调压器调整对应的压电致动器的致动电压，使各所述增益光纤形成的高重频脉冲激光的频率均与标准频率信号的频率同步。

第十四技术方案，其中，所述标准频率信号为微波信号。

相对于现有技术，上述方案具有的如下有益效果：

第一技术方案中，由于高重频脉冲激光所需的激光谐振腔大大缩短，因此能够集成于半导体基片上。该技术方案中，增益光纤装设于光纤槽中且相对半导体基片固定，增益光纤的两端分别与半导体基片两端的半导体可饱和吸收镜内表面和二色介质膜内表面对接，从而在半导体基片上形成激光谐振腔结构，泵浦光在增益光纤中获得增益后在半导体可饱和吸收镜和二色介质膜之间不停振荡并完成振荡模式选择，最终获得被动锁模的高重频飞秒脉冲激光输出。因此，第一技术方案提供的高重频激光谐振腔结构利用片上集成技术，提高了集成度，实用性强，不易受外界干扰且不存在光纤轴向对接时模式不匹配的问题。在该技术方案中，当增益光纤的数量大于或等于二时，能够在一个半导体基片上集成至少两个高重频激光谐振腔结构，形成高重频激光谐振腔阵列，更进一步提高了集成度，避免了半导体可饱和吸收镜和二色介质膜的重复镀膜。

第二技术方案中，通过在半导体基片的下表面贴附温度调节器，从而能够通过与外部的温度控制器电连接实现对半导体基片和激光谐振腔温度的控制，有利于保证片上集成高重频激光谐振腔器件长期稳定工作，提高了器件的可靠性。

第三技术方案中，增益光纤长度不超过10厘米，有利于基于半导体基片的片上集成。

第四技术方案中，光纤槽开设于半导体基片的上表面，使光纤的安装更为便利，增益光纤嵌设于光纤槽中，有利于增益光纤与半导体可饱和吸收镜和二色介质膜实现对接。

第五技术方案中，通过控制压电致动器的致动电压使增益光纤沿长度方向微小伸缩，从而改变谐振腔腔长，进而实现重复频率可调。压电致动器固定于半导体基片的容置槽中，并向上承载与其粘接的增益光纤，从而使增益光纤得以正常工作。

第六技术方案中，光纤槽截面呈半圆形，且与增益光纤的直径匹配，使增益光纤得以更充分地与半导体基片接触，一方面使增益光纤的温度更易控制，另一方面也使增益光纤与半导体可饱和吸收镜和二色介质膜的对接更紧密。

第七技术方案中，压电致动器固接于容置槽中，且不影响其沿第一方向的伸缩变形，使整个谐振腔结构中各部件的结合更为牢固。

第八技术方案中，增益光纤与压电致动器的上表面粘接的部分去除涂覆层，使压电致动器沿第一方向的伸缩能够更好地传递至增益光纤，确保增益光纤同步伸缩。

第九技术方案中，压电致动器正、负极的引线通过半导体基片上的引线通道引出半导体基片的表面并对应地连接压电致动器的正、负极接线端子，使压电致动器能够更好地与外部的调压器实现电连接。

第十技术方案中，通过将上述片上集成高重频激光谐振腔器件应用至超短脉冲激光器，在有效发挥集成化优势的同时，还实现了光模块之间的光互联。在片上集成高重频激光谐振腔器件形成激光谐振腔阵列时，还能够为同时输出多个重复频率锁定的脉冲激光提供基础。

第十一技术方案中，通过温度控制器控制温度调节器，能够精确地调整和控制半导体基片和激光谐振腔的温度，使温度保持恒定，确保片上集成高重频激光谐振腔器件能够长期稳定工作，且重复频率保持稳定。

第十二技术方案中，具体描述了耦合系统实现光互联的结构，从而能够使超短脉冲激光器中能够包含多个高重频激光谐振腔，并输出多路高重频脉冲激光，实现脉冲激光阵列化输出。

第十三技术方案中，通过引入标准频率信号，重复频率控制器能够控制各调压器通过调整对应的压电致动器的致动电压，使各增益光纤得以伸缩调整，从而实现对各高重频激光的复重频率的独立控制，能够确保多路激光谐振腔输出的高重频脉冲激光频率与标准频率信号的频率同步。

附图说明

为了更清楚地说明实施例的技术方案，下面简要介绍所需要使用的附图：

图1为实施例一种片上集成高重频激光谐振腔器件的立体分解示意图；

图2为实施例一种片上集成高重频激光谐振腔器件沿第一方向的剖视示意图；

图3为实施例二中超短脉冲激光器的结构示意图。

主要附图标记说明：

片上集成高重频激光谐振腔10；半导体基片1，半导体可饱和吸收镜11，二色介质膜12，光纤槽13，容置槽14，引线通道15；压电致动器2，正极引线21，负极引线22，正极接线端子23，负极接线端子24；增益光纤3；温度调节器4；

超短脉冲激光器100；泵浦激光发生系统20，泵浦激光发生器201；准直镜单元30，准直镜301；分束镜单元40，分束镜401；聚焦镜单元50，聚焦镜501；温度控制器60；调压器70；重复频率控制器80，标准频率信号81；

第一方向D1；第二方向D2。

具体实施方式

权利要求书和说明书中，除非另有限定，术语“第一”、“第二”或“第三”等，都是为了区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。

权利要求书和说明书中，除非另有限定，术语“中心”、“横向”、“纵向”、“水平”、“垂直”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系乃基于附图所示的方位和位置关系，且仅是为了便于简化描述，而不是暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或以特定的方位构造和操作。

权利要求书和说明书中，除非另有限定，术语“固接”或“固定连接”，应作广义理解，即两者之间没有位移关系和相对转动关系的任何连接方式，也就是说包括不可拆卸地固定连接、可拆卸地固定连接、连为一体以及通过其他装置或元件固定连接。

权利要求书和说明书中，除非另有限定，术语“包括”、“具有”以及它们的变形，意为“包含但不限于”。

权利要求书和说明书中，除非另有限定，术语“高重频”是指重复频率大于或等于1GHz。

权利要求书和说明书中，除非另有限定，术语“对接”是指增益光纤的端面与半导体可饱和吸收镜的内表面和二色介质膜的内表面无间隙地接合或者有间隙地对接但间隙不致使谐振腔失去功能，一般地该间隙不超过100μm。“对接”还意味着任何情况下，应确保增益光纤的端面不得伸出二色介质膜的内表面和二色介质膜的内表面。

下面将结合附图，对实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

实施例一

参见图1和图2，图1和图2示出了实施例一中的片上集成高重频激光谐振腔器件10。应当说明的是，图1和图2中片上集成高重频激光谐振腔器件10各部件的大小并不反映在本实施例中各部件真实的大小，仅为了说明各部件彼此间的结构。本实施例中各部件真实的大小应以文字说明为准。

如图1和图2所示，实施例一中的片上集成高重频激光谐振腔器件10包括半导体基片1、压电致动器2、增益光纤3和温度调节器4。

本实施例中，半导体基片1采用硅晶片，其大小为沿第一方向D1的长度为50mm，沿第二方向D2的宽度为50mm，垂直于第一方向D1和第二方向D2的厚度为8.5mm。其中，第一方向D1和第二方向D2彼此垂直。当然，半导体基片1并不限于采用长方体的形状。

在本实施例中，半导体基片1沿第一方向D1的两端分别设有半导体可饱和吸收镜11和二色介质膜12。如图所示，半导体基片1的左侧端面设有多层单晶膜以形成半导体可饱和吸收镜11，厚度为450μm；半导体基片1的右侧端面通过等离子体溅射的方式镀有二色介质膜12，厚度为11.2μm。半导体可饱和吸收镜11对生成的脉冲激光所在波段的光有高反射率(反射率大于50％)，且非饱和损耗较低，恢复时间为ps或fs量级。二色介质膜12对泵浦激光具有高透射率，对生成的脉冲激光所在波段的光有高反射率，同时可以进行腔内色散管理，调整输出的脉冲激光的脉宽。

本实施例中，半导体基片1的上表面沿第一方向D1设有贯穿整个半导体基片1的光纤槽13，光纤槽13的截面呈半圆形，其直径为125μm，其深度为62.5μm。光纤槽13的左端与半导体可饱和吸收镜11相接，光纤槽13的右端与二色介质膜12相接。

本实施例中，半导体基片1的上表面还开设有容置槽14，容置槽14开口于半导体基片1的上表面并与光纤槽13连通，具体地，光纤槽13沿第一方向D1横跨容置槽14，从而被容置槽14分为左段和右段。容置槽14沿第一方向D1的长度为2mm，其沿第二方向D2的长度为2mm，其垂直于第一方向D1和垂直于第二方向D2的深度为2.1mm左右，该深度的具体配置在下面还会作限定。

本实施例中，半导体基片1还设有引线通道15，引线通道15在本实施例中位于半导体基片1的片体内，其沿第二方向D2延伸，并分别在半导体基片1的前端面和后端面设有开口。引线通道15与容置槽14连通，具体地，引线通道15沿第二方向D2横跨容置槽14，从而被容置槽14分为前段和后段。

本实施例中，压电致动器2在施以不同电压时将沿第一方向D1伸缩变形。压电致动器2的本体沿第一方向D1的长度尺寸略小于容置槽14沿第一方向D1的长度尺寸，以供压电致动器2沿第一方向D1伸缩变形；压电致动器2沿第二方向D2的宽度尺寸为2mm，且被配置为与容置槽14间隙配合。本实施例中，压电致动器2垂直于第一方向D1和第二方向D2的厚度为2mm。压电致动器2在本体沿第二方向D2的前端面还设有正极引线21，正极引线21的自由端设有正极接线端子23。压电致动器2在本体沿第二方向D2的后端面还设有负极引线22，负极引线22的自由端设有负极接线端子24。本实施例中，压电致动器2以不影响其自射沿第一方向D1伸缩变形的方式固接于容置槽14中，具体地，可使压电致动器2以底面点粘接于容置槽14的槽底的方式实现上述固接。本实施例中，压电致动器2的正极引线21穿过引线通道15的前段引出至半导体基片1的前端面并连接压电致动器2的正极端子23，正极端子23固接于半导体基片1的前表面；压电致动器2的负极引线22穿过引线通道15的后段引出至半导体基片1的后端面并连接压电致动器2的负极端子24，负极端子24固接于半导体基片1的后表面。

增益光纤3用于提供激光增益，其采用高掺杂浓度高增益系数的掺稀土离子光纤，本实施例中为掺铒增益光纤。直径为125μm。本实施例中，增益光纤3包括位于其中心的纤芯、包裹于纤芯外的包层和包裹于包层外的涂覆层。本实施例中，增益光纤3粘接于压电致动器2的上表面，并嵌设于光纤槽13中，增益光纤3粘接于压电致动器2的部分被去除涂覆层。本实施例中，增益光纤3应被配置为其沿第一方向D1的左端对接半导体可饱和吸收镜11的内表面(半导体可饱和吸收镜11最内层朝向二色介质膜12的表面)，沿第一方向D1的右端对接二色介质膜12的内表面(二色介质膜12朝向半导体可饱和吸收镜11的表面)，具体地，增益光纤3的端面与半导体可饱和吸收镜11的内表面和二色介质膜12的内表面无间隙地接合或者有间隙地对接但间隙不致使谐振腔失去功能，一般地该间隙不超过100μm，但任何情况下，应确保增益光纤3的端面不得伸出二色介质膜11的内表面和二色介质膜12的内表面。

温度调节器4贴附于半导体基片1的下表面，用于与外接的温度控制器60(参见图3)电连接，具体地，温度调节器4包括半导体致冷片和温度传感器，温度传感器在本实施例中为热敏电阻，其贴附于半导体基片1的下表面，用于测量半导体基片1的温度，半导体致冷片也贴附于半导体基片1的下表面，用于调节半导体基片的温度。温度传感器通过温度传感器引线与温度控制器60电连接，半导体致冷片通过半导体致冷片引线与温度控制器60连接。在本实施例中，温度调节器4被集成为其沿第一方向D1的长度为50mm，其沿第二方向D2的长度为50mm，其垂直于第一方向D1和第二方向D2的厚度为1.5mm。由此，整个片上集成高重频激光谐振腔器件10的总尺寸为50mm*50mm*10mm。

本实施例中，增益光纤3集成在半导体基片1上，并与半导体可饱和吸收镜11和二色介质膜12共同构成高重频飞秒激光谐振腔，泵浦光在增益光纤3中获得增益后在半导体可饱和吸收镜11和二色介质膜12之间不停振荡并完成振荡模式选择，最终获得被动锁模的高重频飞秒脉冲激光输出。在本实施例中，由于激光脉冲重复频率与谐振腔腔长成反比，根据公式，本实施例的激光谐振腔重复频率在2GHz左右。

本实施由于增益光纤3集成在半导体基片1上，提高了激光谐振腔结构的集成度，实用性强，不易受外界干扰且不存在光纤轴向对接时模式不匹配的问题。

由于激光谐振腔结构以及压电致动器2在工作时会产生热量使整个器件升温，会影响激光脉冲输出的稳定性，因此本实施例采用温度调节器3贴附于半导体基片1的下表面，从而能够通过与外部的温度控制器60电连接实现对半导体基片1和激光谐振腔温度的控制，有利于保证片上集成高重频激光谐振腔器件10长期稳定工作，提高了器件的可靠性。

本实施例中，光纤槽13开设于半导体基片1的上表面，增益光纤3嵌设于光纤槽13中，使光纤的安装更为便利。光纤槽13的截面呈半圆形，且与增益光纤3的直径匹配，使增益光纤3得以更充分地与半导体基片1接触，一方面使增益光纤3的温度更易控制，另一方面也使增益光纤3与半导体可饱和吸收镜11和二色介质膜12的对接更紧密。

本实施例中，通过控制压电致动器2的致动电压使增益光纤3沿长度方向微小伸缩(具体地，一般伸缩范围在2-3μm，从而得以改变谐振腔腔长，进而实现重复频率可调。一般地，致动电压越大，谐振腔腔长越长，重复频率越小，致动电压越小，谐振腔腔长越短，重复频率越大。值得说明的是，增益光纤3由压电致动器2引起的伸缩集中在压电致动器2的上表面范围，其两端与半导体可饱和吸收镜11和二色介质膜12对接的部分一般地不会产生位置变动。本实施例中，增益光纤3与压电致动器2的上表面粘接的部分去除涂覆层，使压电致动器2沿第一方向D1的伸缩能够更好地传递至增益光纤3，确保增益光纤3同步伸缩。

本实施例中，压电致动器2固定于半导体基片1的容置槽14中，且不影响其沿第一方向的伸缩变形，使整个谐振腔结构中各部件的结合更为牢固。压电致动器2向上承载与其粘接的增益光纤3，从而使增益光纤3得以正常工作。

本实施例中，压电致动器2的正极引线21和负极引线22通过半导体基片1上的引线通道15引出半导体基片1的表面分别形成正极接线端子23和负极接线端子24，使压电致动器2能够更好地与外部的调压器70(见图3)实现电连接。

本实施例仅仅为了具体说明片上集成高重频激光谐振腔器件10的具体构成，为了获得不同的重复频率，半导体基片1沿第一方向D1的长度以及增益光纤3沿第一方向D1的长度可以不同。一般地，为了获得重复频率大于或等于1GHz的高重频脉冲激光，增益光纤3的长度不应超过10厘米。

在其他的实施例中，片上集成高重频激光谐振腔器件10也可只由半导体基片1、增益光纤3和温度调节器4构成。此时，激光谐振腔的腔长不可调，片上集成高重频激光谐振腔器件10将输出特定重复频率的脉冲激光。在此结构下，光纤槽13也可以不置于半导体基片1的上表面，例如，其可以穿过整个半导体基片1的内部，使增益光纤3整体位于半导体基片1内，只要增益光纤3能够相对半导体基片1固定且与半导体可饱和吸收镜11的内表面及二色介质膜12的内表面对接即可。本领域技术人员应当意识到，符合上述结构特征的片上集成高重频激光谐振腔器件10均能够形成激光谐振腔，产生相应的功能，输出高重频脉冲激光。

实施例二

参见图3，图3示出了实施例二中的超短脉冲激光器100，如图3所示，超短脉冲激光器100包括片上集成高重频激光谐振腔器件10、泵浦激光发生系统20、耦合系统、温度控制器60、三个调压器70和重复频率控制器80。

其中，如图3所示，片上集成高重频激光谐振腔器件10包括半导体基片1、三个压电致动器2、三个增益光纤3和温度调节器4(图3中未示出)。

其中，半导体基片1采用硅晶片，其沿第一方向D1的两端分别设有半导体可饱和吸收镜11和二色介质膜12。半导体可饱和吸收镜11和二色介质膜12与实施例一中的相关部分相同。半导体基片1的上表面沿第二方向D2布设有三个平行的光纤槽13，每个光纤槽13均沿第一方向D1贯穿半导体基片1，每个光纤槽13的结构与实施例一中的相关结构相同。半导体基片1的上表面还开设有三个容置槽14，每个容置槽14一一对应地与光纤槽13连通，每个容置槽14的结构也与实施例一中的相关结构相同，三个容置槽14沿第一方向D1的位置彼此错开。半导体基片1还设有三个引线通道15，每个引线通道15与容置槽14一一对应地连通，每个引线通道15的结构与实施例一中的相关结构相同，三个引线通道15彼此平行。

三个压电致动器2一一对应地以不影响其自身沿第一方向D1伸缩变形的方式固接于容置槽14中，每个压电致动器2均与实施例一中的相关部件相同。每个压电致动器2的正极引线21和负极引线22分别通过引线通道15引出至半导体基片1的表面并分别对应地连接正极接线端子23和负极接线端子24。

三个增益光纤3一一对应地嵌设于光纤槽13中，并分别粘接于对应的压电致动器2的上表面，其粘接于对应的压电致动器2的上表面的部分均被去除涂覆层。每个增益光纤3被配置为其沿第一方向D1的左端对接半导体可饱和吸收镜11的内表面，沿第一方向D1的右端对接二色介质膜12的内表面。

由上可知，本实施例中的片上集成高重频激光谐振腔器件10在一个半导体基片1上集成了三个激光谐振腔，因此只需镀一次半导体可饱和吸收镜11和二色介质膜12，即可获得激光谐振腔阵列，且各激光谐振腔的腔长可调，输出的激光脉冲重复频率可调。这进一步提高了高重频谐振腔器件10的集成度。并便于获得多个重复频率相同。

本实施例中的泵浦激光发生系统20用于出射连续的泵浦激光，具体地，本实施例的泵浦激光发生系统20包括三个与增益光纤3对应的泵浦激光器201，每个泵浦激光器201为LD泵浦激光器，产生980nm连续泵浦激光。当然，在其他实施例中，一个泵浦激光器201可以为多个增益光纤3提供连续泵浦激光，一般地，考虑到功率问题，一个泵浦激光器201优选地为可以两个增益光纤3提供连续泵浦激光。

本实施例中的耦合系统将泵浦激光耦合至各增益光纤3，并引出增益光纤3形成的高重频脉冲激光，本实施例中的高重频脉冲激光波长为1550nm的脉冲激光，重复频率则取决于激光谐振腔的腔长。本实施例中，耦合系统包括准直镜单元30、分束镜单元40和聚焦镜单元50。其中，准直镜单元30用于准直泵浦激光器201出射的泵浦激光。本实施例中，准直镜单元30包括三个与增益光纤3对应的准直镜301，每个准直镜301的输入端与对应的泵浦激光器201光路对接。本实施例中，分束镜单元40包括三个与增益光纤3对应的分束镜401。聚焦镜单元50包括三个与增益光纤3对应的聚焦镜501。每个分束镜401均与对应的准直镜301的输出端光路对接，并与对应的聚焦镜501光路对接，用于将经准直镜301准直后的泵浦激光输出至对应的聚焦镜501，还输出经对应的聚焦镜501聚焦后的高重频脉冲激光。每个聚焦镜501均与对应的分束镜401光路对接，并与对应的增益光纤3光路对接，用于将由分束镜401输出的经准直后的泵浦激光聚焦后输出至对应的增益光纤3对接二色介质膜12的一端，还将对应的增益光纤3输出的高重频脉冲激光聚焦后输出至对应的分束镜401。

温度控制器60分别与半导体致冷片和温度传感器电连接，并根据温度传感器发送的半导体基片1的温度控制半导体制冷片制冷以使半导体基片1的温度保持稳定，以利于高重频激光谐振器件长期工作，输出稳定的重复频率。

本实施例中三个调压器70与压电致动器2一一对应地电连接，用于调整对应的压电致动器2的致动电压。具体地，每个调压器70分别与对应的压电致动器2的正极接线端子23和负极接线端子24电连接。

本实施例中重复频率控制器80与各压电致动器2电连接。重复频率控制器80用于引入由分束镜单元40输出的各增益光纤3形成的高重频脉冲激光，同时还引入标准频率信号81，该标准频率信号81为微波信号。重复频率控制器80根据各增益光纤3形成的高重频脉冲激光的频率与标准频率信号81的频率之间的频差控制与各增益光纤3对应的调压器70调整对应的压电致动器2的致动电压，从而使各所述增益光纤3形成的高重频脉冲激光的频率均与标准频率信号81的频率同步。

本实施例中的超短脉冲激光器100通过将泵浦激光引入高重频激光谐振腔阵列，从而输出多路高重频脉冲激光，有效地发挥了片上集成高重频激光谐振腔器件10的集成化优势，并实现了光模块之间的光互联。

本实施例中的超短脉冲激光器100通过温度控制器60控制温度调节器4，能够精确地调整和控制半导体基片1和激光谐振腔的温度，使温度保持恒定，确保片上集成高重频激光谐振腔器件10能够长期稳定工作，且重复频率保持稳定。

本实施例中的重复频率控制器80通过引入标准频率信号81，能够控制各调压器70通过调整对应的压电致动器2的致动电压，使各增益光纤3得以伸缩调整，从而实现对各高重频激光的复重频率的独立控制，能够确保多路激光谐振腔输出的高重频脉冲激光频率与标准频率信号的频率同步。

综上所述，本申请的技术方案集成度高，实用性强，进一步地还能够实现脉冲激光重复频率的调谐以及多个激光谐振腔的集成和阵列输出。相关的超短脉冲激光器100能够实现多路脉冲激光频率同步。

上述说明书和实施例的描述，用于解释本申请的保护范围，但并不构成对本申请保护范围的限定。

Claims (15)

1.一种片上集成高重频激光谐振腔器件，其特征是，包括：

半导体基片，其沿第一方向的两端分别设有半导体可饱和吸收镜和二色介质膜，其上表面开设有至少一个沿第一方向贯穿所述半导体基片的光纤槽；和

增益光纤，其数量与所述光纤槽的数量相同且一一对应地嵌设于所述光纤槽中并相对所述半导体基片固定；所述增益光纤的两端分别与所述半导体可饱和吸收镜的内表面和所述二色介质膜的内表面对接。

2.如权利要求1所述的一种片上集成高重频激光谐振腔器件，其特征是，还包括温度调节器，所述温度调节器贴附于所述半导体基片的下表面，其包括半导体致冷片和温度传感器；所述温度传感器用于测量所述半导体基片的温度，所述半导体致冷片用于调节所述半导体基片的温度。

3.如权利要求1所述的一种片上集成高重频激光谐振腔器件，其特征是，所述增益光纤的长度不超过10厘米。

4.如权利要求1至3中任一项所述的一种片上集成高重频激光谐振腔器件，其特征是，还包括压电致动器；

所述半导体基片还设有容置槽，所述容置槽的数量与所述光纤槽的数量相同且一一对应地与所述光纤槽连通；所述容置槽开口于所述半导体基片的上表面；

所述压电致动器数量与所述容置槽的数量相同且一一对应地置于所述容置槽中；所述压电致动器在施以不同的电压时沿第一方向伸缩变形；

所述增益光纤粘接于所述压电致动器的上表面。

5.如权利要求4所述的一种片上集成高重频激光谐振腔器件，其特征是，所述光纤槽截面呈半圆形，其直径与对应的所述增益光纤的直径匹配。

6.如权利要求4所述的一种片上集成高重频激光谐振腔器件，其特征是，所述压电致动器以不影响其自身沿第一方向伸缩变形的方式固接于所述容置槽中。

7.如权利要求4所述的一种片上集成高重频激光谐振腔器件，其特征是，所述增益光纤与所述压电致动器的上表面粘接的部分被去除涂覆层。

8.如权利要求4所述的一种片上集成高重频激光谐振腔器件，其特征是，所述半导体基片还设有引线通道，所述引线通道与所述容置槽数量相同且一一对应地连通；所述压电致动器的正、负极的引线分别通过所述引线通道引出至所述半导体基片的表面并对应地连接正、负极接线端子。

9.一种超短脉冲激光器，其特征是，包括泵浦激光发生系统、耦合系统和如权利要求2至8中任一项所述的片上集成高重频激光谐振腔器件；所述泵浦激光发生系统出射泵浦激光；所述耦合系统将所述泵浦激光耦合至各所述增益光纤，并引出各增益光纤形成的高重频脉冲激光。

10.如权利要求9所述的一种超短脉冲激光器，其特征是，还包括温度控制器，所述温度控制器分别与所述半导体致冷片和所述温度传感器电连接，并根据所述温度传感器发送的半导体基片的温度控制所述半导体制冷片制冷以使所述半导体基片的温度保持稳定。

11.如权利要求9所述的一种超短脉冲激光器，其特征是，所述耦合系统包括准直镜单元、分束镜单元和聚焦镜单元；所述分束镜单元包括与所述增益光纤数量相同且一一对应的分束镜；所述聚焦镜单元包括与所述增益光纤数量相同且一一对应的聚焦镜；

所述准直镜单元准直所述泵浦激光发生系统出射的泵浦激光；

所述分束镜接收经准直后的泵浦激光输出至对应的所述聚焦镜，其还输出经对应的所述聚焦镜聚焦后的高重频脉冲激光；

所述聚焦镜将经准直后的泵浦激光聚焦后输出至对应的所述增益光纤对接所述二色介质膜的一端，其还将对应的所述增益光纤输出的高重频脉冲激光聚焦后输出至对应的所述分束镜。

12.一种超短脉冲激光器，其特征是，包括泵浦激光发生系统、耦合系统、调压器、重复频率控制器和如权利要求4至8中任一项所述的片上集成高重频激光谐振腔器件；所述泵浦激光发生系统出射泵浦激光；所述耦合系统将所述泵浦激光耦合至各所述增益光纤，并引出各增益光纤形成的高重频脉冲激光；所述调压器数量与所述压电致动器数量相同且一一对应地电连接，用于调整对应的所述压电致动器的致动电压；所述重复频率控制器引入标准频率信号和各所述增益光纤形成的高重频脉冲激光，并根据各所述增益光纤形成的高重频脉冲激光的频率与标准频率信号的频率之间的频差控制与各所述增益光纤对应的调压器调整对应的压电致动器的致动电压，使各所述增益光纤形成的高重频脉冲激光的频率均与标准频率信号的频率同步。

13.如权利要求12所述的一种超短脉冲激光器，其特征是，所述标准频率信号为微波信号。

14.如权利要求12所述的一种超短脉冲激光器，其特征是，还包括温度控制器，所述温度控制器分别与所述半导体致冷片和所述温度传感器电连接，并根据所述温度传感器发送的半导体基片的温度控制所述半导体制冷片制冷以使所述半导体基片的温度保持稳定。

15.如权利要求12所述的一种超短脉冲激光器，其特征是，所述耦合系统包括准直镜单元、分束镜单元和聚焦镜单元；所述分束镜单元包括与所述增益光纤数量相同且一一对应的分束镜；所述聚焦镜单元包括与所述增益光纤数量相同且一一对应的聚焦镜；

所述准直镜单元准直所述泵浦激光发生系统出射的泵浦激光；

所述分束镜接收经准直后的泵浦激光输出至对应的所述聚焦镜，其还输出经对应的所述聚焦镜聚焦后的高重频脉冲激光；

所述聚焦镜将经准直后的泵浦激光聚焦后输出至对应的所述增益光纤对接所述二色介质膜的一端，其还将对应的所述增益光纤输出的高重频脉冲激光聚焦后输出至对应的所述分束镜。

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