CN202373845U - 激光器对光学谐振器的反馈增强的自注入锁定 - Google Patents

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Abstract

通过基于反射反馈的自注入锁定将激光器锁定和稳定到光学谐振器的技术和设备。可以实施回音壁模式的光学谐振器以基于来自光学谐振器外部的反馈光学装置的反射反馈来提供光滤波和注入反馈。

Description

激光器对光学谐振器的反馈增强的自注入锁定
优先权声明和相关申请
本文要求2010年8月10日提交的、题为“改进激光器对介质谐振器的自注入锁定的新的反馈结构”的第61/372,389号美国临时申请的优先权，通过引用将其并入本文以作为本文说明书的一部分。
技术领域
本申请涉及激光器和激光器的稳定。
背景技术
激光器可以碰到多种干扰和变化，因而激光器的操作可不利地受到这些干扰和变化的影响。例如，温度波动和振动可使激光器在激光波长、激光功率级和激光的光学相位进行波动。多种激光器稳定技术可用于稳定激光器以避免干扰和变化并且用来减小激光器线宽。
发明内容
本文公开了通过基于反射反馈的自注入锁定将激光器锁定和稳定到光学谐振器的技术和装置的实施例和实施方式。可以实施回音壁模式光学谐振器以基于来自光学谐振器外面的反馈光学装置的反射反馈来提供光学滤波和注入反馈。
在一个方面中，激光器设备可以配置为包括：激光器，在激光器频率产生激光束；光学谐振器，构造为支持在光学谐振器中循环的回音壁模式，将光学谐振器光学地耦合至激光器以将激光束的一部分以一个或多个回音壁模式接收到光学谐振器中，以在光学谐振器中循环。第一光学耦合器位于激光束的光路，以将激光束的至少一部分耦合到光学谐振器中以在光学谐振器中沿第一方向进行循环，和以将光学谐振器中沿与第一方向相反的第二方向循环的光耦合出光学谐振器，以作为反馈到激光器的反馈光以稳定激光器频率和减小激光器的线宽；以及第二光学耦合器在相对于光学谐振器与第一光学耦合器的位置不同的位置处耦合至光学谐振器，第二光学耦合器将光学谐振器中沿第一方向循环的光耦合出光学谐振器以作为输出光束。激光器设备包括反馈光学装置，反馈光学装置位于通过第二光学耦合器输出的输出光束的光路中，以接收输出光束和将输出光束的至少一部分反射回第二光学耦合器以作为反射光束。第二光学耦合器将反射光束的至少一部分沿第二方向耦合到光学谐振器中以增加在光学谐振器沿第二方向循环的光的光学能量，以增强通过第一光学耦合器反馈回激光器的光学能量，以实现激光器对光学谐振器的注入锁定。
在又一个方面，可以实现激光器设备以包括反射光的第一光学反射器；半导体光学放大器(SOA)位于第一光学反射器的一侧和配置为产生光学增益和放大光；光学谐振器构造为支持在光学谐振器中以两个相反的方向循环的光学模式，光学谐振器光学地耦合到SOA以接收来自SOA的光；将第一光学耦合器定位，以将来自SOA的光耦合到光学谐振器中以在光学谐振器中沿第一方向进行循环，并且以将光学谐振器中沿与第一方向相反的第二方向循环的光耦合出光学谐振器以作为反馈到SOA的反馈光，其中SOA位于第一光学反射器和第一光学耦合器之间。此激光器设备包括在相对于光学谐振器与第一光学耦合器的位置不同的位置处的耦合到光学谐振器的第二光学耦合器，第二光学耦合器将光学谐振器中沿第一方向循环的光耦合出光学谐振器以作为输出光束。反馈光学装置位于通过第二光学耦合器输出一输出光束的光路中，以接收输出光束，反馈光学装置包括将输出光束的至少一部分反射回第二光学耦合器以作为反射光束的第二反射器，其中第二光学耦合器将反射光的至少一部分沿第二方向耦合到光学谐振器中，以增加光学谐振器中沿第二方向循环的光的光学能量，以增强通过第一光学耦合器反馈回SOA的光学能量，以实现由第一和第二光学反射器形成以产生激光的激光谐振器。
在本文中描述的上述多种实施和其它的装置和方法中，激光器可以是可调激光器和可以响应控制信号进行调谐以产生激光器频率的激光束。光学谐振器可以构造为支持在光学谐振器中循环的回音壁模式；和光学谐振器光学地耦合到激光器，以将激光束的一部分以一个或多个回音壁模式接收到光学谐振器，并且以将回音壁模式的光学谐振器中的激光反馈回激光器以将激光器频率稳定在回音壁模式的频率和以减小激光器的线宽。光学谐振器可以配置为可调谐振器，以改变其回音壁模式的谐振或频率。在描述的激光器设备和方法的多种技术特征可以实现以下方面，实现诸如增强的和稳固的激光锁定性能的一个或多个技术优点或益处，并且包括在集成光学芯片上提供自注入锁定激光器的紧凑的激光器设备设计。
在附图、具体实施方式和权利要求中详细地描述了这些或其它方面、它们的示例和实施。
附图简要说明
图1示出了激光器设备的实施例，其中激光器光学地耦合至回音壁模式光学谐振器，并且经由基于光学反馈设计的来自光学谐振器的光学反馈，将激光器稳定到光学谐振器。
图2包括示出用于图1的激光器设备的反射器的设计的图2a、2b、2c和2d。
图3A和3B示出基于图1和2b的设计的试验激光器设备的测量。
图4示出基于图1的光学反馈设计的激光器设备的另一个实施例。
图5A、5B、6、7A和7B示出支持回音壁模式的多种示例性光学谐振器结构。
图8A和8B示出可调的电光WGM谐振器的实施例。
图9示出基于集成芯片设计的激光器设备的实施例。
图10、11、12和13示出用于激光器设备的集成的多种部件的实施例。
具体实施方式
本文描述的技术和设备的实施例和实施方式可以使用多种结构的光学谐振器，以基于反射反馈用于自注入锁定。在以下实施例中提供的具体实施例包括光环谐振器、和包括盘形和环形WGM谐振器的球形和非球形回音壁模式(WGM)谐振器。回音壁模式光学谐振器可以配置为提供高谐振器Q因数，以基于来自光学谐振器外部的反馈光学装置的反射反馈来提供光滤波和注入反馈。光学WGM谐振器限定回音壁模式中的光，该光在闭环光路中被全反射。在适当的耦合条件下，可以将限定在WGM谐振器中的光经由WG模式的迅衰场耦合出WGM谐振器的闭环光路的外表面。光学耦合器可用于经由该迅衰场将光耦合到WGM谐振器中或者耦合出WGM谐振器。作为一个例子，可以经由光学注入设计中的光学耦合将半导体激光器直接耦合到高品质因数Q回音壁模式谐振器(WGM)以稳定激光器。将通过谐振器的光的一部分反射回激光器，以将激光器的频率(波长)锁定到谐振器的高Q模式的频率，并使其光谱线变窄。如果将WGM谐振器进行稳定以免诸如温度变化或振动的环境干扰，则谐振器的模态频率的稳定传送到激光器的频率或波长。
自注入锁定可以明显地增加多种结构的激光器的稳定性和光谱纯度。锁定是基于以激光器进行泵浦的主腔的存在。自注入是基于光学谐振器内部的光的共振瑞利散射(没有频率变化的散射)，以在来自首次耦合到光学谐振器中的激光器的激光束的反方向上产生反传播光束。光学谐振器内部的反传播光束回注到激光器。基于回注到激光器的光的功率级，可在激光器中设立多种操作条件，其中在某些情况下，因为后向散射，激光器频率可以变为锁定到瑞利散射起源的主腔的光学泵浦模式。如果光学反馈在某一阈值水平上足够强，主腔可以被认为是用于激光器以实现注入锁定和激光器操作的激射阈值的变化的外腔，其中主腔修改激射的阈值条件。当来自主腔的光学反馈在某一阈值水平下较弱时，激光器的激射阈值没有通过光学反馈进行明显的改变，但是激光器的稳定性可以经由注入锁定明显地提高。如果瑞利散射太弱，来自注入的光学反馈可以处于低水平，该低水平不足以形成激光频率对主腔模式的注入锁定。本文中的反射反馈技术可用于提供期望的或最优的用于注入锁定的反馈体系。在应用中，本文中描述的激光器设备可用于多种设备，例如光电振荡器、光学/光子RF和微波接收器、光学梳状波发生器和窄线宽激光器。
注入锁定范围、噪音、和注入锁定激光器的稳定性或光电振荡器或射频/微波接收器中生成的RF或微波信号，可以基于反馈强度和激光腔内部的强度之间的比率。光学谐振器中的瑞利散射或来自WGM谐振器的表面瑕疵/结构的散射可用于提供注入锁定所需要的反馈信号，但是不能满足某些应用，例如具有非常高的品质因数的WGM谐振器，在这些应用中，在谐振器材料或表面结构内的散射被最小化或者明显地减少到不能实现期望注入锁定的水平。本文中描述的基于反射反馈的自注入锁定实施反馈光学装置以经由光学谐振器产生反馈光，并且可以配置为实现使用者控制的光学注入反馈。可以实施公开的技术以优化激光器的注入锁定和激光器的稳定性。
图1示出了激光器设备的实施例，其中激光器1光学地耦合至回音壁模式(WGM)的光学谐振器4，并且通过经自注入锁定的来自光学谐振器4的光学反馈光束1b稳定至光学谐振器4。激光器1在激光器频率产生激光束1a，并且激光器1可以是多种激光器结构。基于半导体的激光器，例如分布反馈(DFB)半导体激光器、半导体二极管激光器或半导体激光泵浦固体激光器，可用作图1中的激光器1。其它激光器也可以用作激光器1。激光器1耦合至激光控制电路，激光控制电路可以是将电流提供给激光器1中的激光二极管的二极管激光器驱动电路。激光器1的激光器频率可因多种因素而漂移或波动。将光学谐振器4构造为支持在光学谐振器4中循环的回音壁模式，并且将光学谐振器4光学地耦合至激光器1，以将激光束1a的一部分接收到一个或多个回音壁模式的光学谐振器4中从而在光学谐振器4中进行循环。
在图1中，示出了一个或多个回音壁模式的光学谐振器4中的两个反向传播光束5a和5b。第一光学耦合器4a设置在激光束1a的光路中，以将激光束1a的至少一部分耦合到光学谐振器4中作为在光学谐振器4中沿第一方向(例如图1所示的顺时针方向)循环的光束5a，以及将光学谐振器4中沿与第一方向相反的第二方向(例如，如图1所示的逆时针方向)循环的光束5b耦合出光学谐振器，以作为反馈至激光器1的反馈光1b，以稳定激光器频率和减小激光器1的线宽。在与第一耦合器4a不同的位置处，第二光学耦合器4b耦合到光学谐振器4，并用于将光学谐振器4中的顺时针光束5a中的光作为输出光束6a耦合出光学谐振器4。
值得注意的是，反馈光学装置8位于由第二光学耦合器4b输出的输出光束6a的光路中，以接收输出光束6a和将输出光束6a的至少一部分作为反射光束6b反射回第二光学耦合器4b。第二光学耦合器4b将反射光束6b的至少一部分沿如图1所示的逆时针方向耦合到光学谐振器4中，以增加光学谐振器4中的逆时针光束5b的光学能量，从而增强通过第一光学耦合器4a反馈到激光器1的反馈光1b的光学能量，以实现激光器1对于光学谐振器4的注入锁定。
可以以多种结构实现反馈光学装置8。例如，在一种结构中，反馈光学装置8可以包括由反射镜支撑件8c(例如基片)所支撑的反射镜8a，以将输出光束6a的一部分反射到谐振器4中，以便相对于谐振器4中的瑞利散射的效率独立地增加反馈到激光器1的光学反馈1b。可以使用与第一光学耦合器4a分开的第二光学耦合器4b来放置反射镜8a，第二光学耦合器4b作为用于耦合反射镜8a和谐振器4之间光的迅衰场耦合器。在操作中，耦合出谐振器4的输出光束6a已经通过谐振器4进行一次光滤波，通过第二光学耦合器4b耦合回谐振器4的反射光束6b将通过谐振器4第二次进行光滤波。一旦光耦合到谐振器4中，光就被限定到回音壁模式并在谐振器4内部进行循环直到所限定光的一部分被耦合出。因此，通过反馈光学装置8进行的反射提供了通过谐振器4的进行的反馈光1b的附加的光滤波，因此与没有反馈光学装置8的情况下产生的反馈光相比，反馈光1b具有更少的噪声和更好的光谱纯度。因额外光滤波的反馈光束1b具有增强的光谱纯度和被进一步抑制的噪音，因此反馈光束1b可用于提高反馈的光谱纯度和增强图1的激光器-谐振器系统的激光器锁定和稳定。
最初，在激光束1a的光首先耦合到光学谐振器4中以作为顺时针光束5a之前，在光学谐振器4中没有光。在将光束5a引入光学谐振器4之后，谐振器材料和/或在存在回音壁模式的情况下的光学谐振器表面上的表面结构引起的被接收光束5a在光学谐振器4内部的散射(例如瑞利散射)，可以致使逆时针光束5b的初始生成。可设计反馈光学装置8以产生反射光束6b，反射光束6b是用于生成逆时针光束5b和反馈至激光器1的反馈光1b的主要来源。对于某些被设计以产生高Q因数的WGM谐振器，可以将由谐振器材料和/或表面结构所引起散射最小化或减少到不足以引起注入锁定的水平。在此情况下，通过反馈光学装置8产生反馈光1b的期望水平。
在多个实施方式中，从谐振器4到激光器1的反馈光1b将提供谱纯频率(spectrally pure frequency)基准，经由注入锁定将激光器锁定到谱纯频率基准。在这些实施方式中，理想的是，将反馈光1b在没有其它光谱成分的情况下耦合出单回音壁的谐振器4，并且谐振器4中的激光具有足够低的光学功率，该光学功率不会在谐振器4的内部导致明显的非线性、热效应或不稳定性，从而引起除了谐振器4中的单回音壁所需要的谱纯频率之外的其它光谱成分。因此，第一光学耦合器4a配置为以低的光能级将激光器1的激光束1a的一小部分耦合到光学谐振器4中，低的光能级减小了由光学谐振器4内部的激光束所引起的光学非线性或热不稳定性。如图1所示，第一光学耦合器4a将激光的一小部分耦合到谐振器4中，同时将激光束1a中的剩余光输出为输出光7的一部分。基于第一光学耦合器4a的具体结构，第一光学耦合器4a还可将顺时针光束5a的光的一部分耦合出谐振器4，以作为输出光束7的一部分。
在图1中，可以使用其它部件。在激光器1和光学谐振器4之间的光路中，可以在某些装置设计中提供相位调整装置2和透镜3。相位调整装置2可以是相位旋转器，以控制反馈到激光器1的反馈光束1b的相位，以确保用于注入锁定的期望的相位。透镜3可以是对反馈光1b进行准直或集中的透镜。在反馈光学装置8中，透镜8b可以放置在反射镜8a和第二光学耦合器4b之间。反射镜8b将光束沿相同的光路反射回谐振器4中。
图2a、2b、2c和2d示出了用于实现图1的反馈光学装置8的四个实施例。在图2a中，准直透镜与反射镜8a分开，以便对来自第二光学耦合器4b的发散输出光束6a沿基本相同的光路通过反射镜8a进行准直和反射。在图2b中，提供聚焦透镜，并且聚焦透镜将输出光束6a集中到反射镜8a上，反射镜8a位于透镜的焦点或焦面上、或者接近透镜的焦点或焦面。反射镜8a将光作为反射光束6b反射回第二光学耦合器4b。在图2c中，将使用梯度折射率(GRIN)透镜，反射镜8a可以设置在GRIN透镜的输出面上，具有高反射率的反射介质膜可以形成在GRIN透镜的端面上，以作为反射镜8a。图2d进一步示出反射器和法拉弟旋转器，反射器用作端部镜以将光束6a反射回去作为反射光束6b，法拉弟旋转器放在第二光学耦合器4b和反射器之间的光路中以作为图1的反馈光学装置8的一部分。在某些实施方式中，可以设置法拉弟旋转器以在单向将光学偏振旋转45度，因此反射光光束6b被旋转90度。
根据图1和图2b的设计来构造试验设备，其中使用棱镜迅衰耦合器来实现两个光学耦合器4a和4b。半导体激光器1的光通过棱镜耦合器4a耦合到WGM谐振器4中。通过适当地选择在激光器1和棱镜耦合器4a之间的耦合透镜3来匹配数值孔径。第二棱镜耦合器4b用于将光的一部分耦合出谐振器4。另一个透镜8b用于对输出光束6a进行准直或集中。WGM谐振器4中的反向传播光通过第一棱镜耦合器4a耦合出，并反馈回激光器1以实现注入锁定。通过放置在激光器1和棱镜耦合器4a的相位旋转器2来调节返回信号的相位。基本上，反射镜8a提供反馈信号，WGM谐振器4作为用于反馈到激光器1的反馈信号1b的窄带光滤波器。通过反射镜8a的反射率、两个耦合棱镜4a和4b处模态耦合效率、和与谐振器4的固有损耗相比的两个棱镜耦合器4a和4b的承载(loading)的结合，来确定反馈到激光器1的反馈信号1b的信号强度。可以通过控制反射镜8a的反射率、棱镜4a和4b的承载和装置光学设计，在零和100％之间的数值处，选择用于反馈光束1b的光学反射率。
图3A和3B示出了由上述试验设备做出的测量。图3A示出实际设备。图3A以L-I曲线形式示出了作为激光器1的激光器电流(I)和激光器输出(L)的函数的注入锁定曲线。使用光电二极管(PD)测量激光器输出，被测量的PD信号示出为表示激光器输出。激光器电流I被线性地扫描，通过谐振器4的模态频率扫描激光器的频率。下落表示注入锁定的发生，宽度表示注入锁定的范围。以“没有反馈反射镜的注入锁定”标注的线表示典型的L-I曲线，其中没有反馈反射镜的情况下主要通过瑞利散射来提供锁定。以“具有反馈反射镜的注入锁定”标注的线表示当增加来自反射镜的反馈时的L-I曲线。应当注意，在测量期间两个棱镜耦合器的承载保持相同。测量数据容易地示出注入锁定的范围基本上通过反馈反射镜增加。在没有来自反射镜的反馈的情况下，就激光器的电流而言用于试验设备的典型锁定范围大约是1mA或更小。在增加来自反射镜的反馈之后，注入锁定范围增加到将近10mA。
图3B示出的测量表示激光锁定范围可以通过增加两个棱镜耦合器的承载被进一步的增加。通过在如图3B所示的两个相邻的模式之间的模态跳变来限定激光锁定范围。具有低模态密度或单模的光学谐振器可用于增加激光锁定范围。
因此，可以通过以下方式锁定激光器：操作激光器以在激光器频率下产生激光束；操作第一光学耦合器，以便(1)将激光束的一部分耦合到构造为支持回音壁模式的光学谐振器中以在光学谐振器内部沿第一方向进行循环，以及(2)将光学谐振器中沿与第一方向相反的第二方向循环的光耦合出光学谐振器，以作为反馈到激光器的反馈光，从而稳定激光器频率和减小激光器的线宽；操作在相对于光学谐振器与第一光学耦合器的位置不同的位置处的第二光学耦合器，以将光学谐振器中沿第一方向循环的光耦合出光学谐振器以作为输出光束；以及，操作位于通过第二光学耦合器输出的输出光束的光路中的反馈光学装置，以接收输出光束并将输出光束的至少一部分作为反射光束反射回第二光学耦合器、和以将反射光束的至少一部分沿第二方向耦合到光学谐振器，以便增加光学谐振器中沿第二方向循环的光的光学能量，从而增强通过第一光学耦合器反馈回激光器的光学能量，以实现对光学谐振器的激光器的注入锁定。在此方法的一个实施方式中，可以将半导体激光器用作激光器，以将电流施加到半导体激光器以产生激光束和反馈光学装置的反射率，第一和第二光学耦合器可以配置为增加电流的范围，其中通过超出电流范围的注入锁定将半导体激光器在频率上锁定到光学谐振器，以用于在没有反馈光学装置的情况下保持注入锁定。
图4示出了基于图1的反馈注入锁定的另一个示例性激光器设备。在此实施例中，图1的激光器1可以是半导体光学放大器(SOA)，通过来自控制电路的电流对半导体光学放大器进行电激励以产生期望的光学增益，以用于通过将电能转换成光来产生激光。SOA配置为具有一个端面，该端面是光学反射的，以形成一个用于激光器设备的高反射器11，光学谐振器4的另一侧的反射器8a形成激光器设备的第二高反射器。在此设计中，激光腔是形成在高反射器之间的法布里-珀罗型谐振器，其中激光被来回反射并被放大。WGM谐振器4插入到法布里-珀罗谐振器的内部以作为内腔光滤波器。两个光学模式选择器/准直器装置9a和9b设置在WGM谐振器4的两侧。装置9a插入在SOA10和第一光学耦合器4a之间，装置9b是反馈光学装置8的一部分并被放置在反射镜8a和第二光学耦合器4b之间。装置9a或9b的每一个都可以包括一个或多个透镜及其它的光学元件(例如相位调整装置)。可以包括空间孔径以提供期望的空间滤波。例如，诸如小孔的光学空间滤波器可以插入在反射器8a和第二光学耦合器4b之间，以传输某些光，同时阻挡光学空间滤波器的不同位置处的其它成分。空间滤波的使用可以从期望模式提供可选的反馈。此特征减小激光器的噪音。瑞利散射将来自所有模式的光反射到激光器，同时反射镜或具有孔径(例如小孔)的镜可以分开属于不同模式族的模式并反射用于期望模式的光。装置9a和9b示出，上述模式选择可以在WGM谐振器4的一侧或两侧实施。
WGM谐振器4可以是可调的，以稳定回音壁模式避免环境干扰，从光学谐振器到激光器的激光反馈将光学谐振器的回音壁模式的稳定性传送到激光器。可以提供谐振器调谐机构以控制和调谐回音壁模式的频率。在注入锁定状态下，谐振器4的调谐通过从光学谐振器4到激光器1的激光的反馈来调谐激光器1的激光器频率。在一个实施方式中，谐振器调谐机构控制和调谐光学谐振器4的温度，以基于热效应调谐激光器1的激光器频率。在另一个实施方式中，谐振器调谐机构应用和控制施加在光学谐振器上的压力，以调谐激光器的激光器频率。在又一个实施方式中，光学谐振器4包括响应施加到光学谐振器4的电势来改变折射率的电光材料，并且谐振器调谐机构施加和控制电势以调谐激光器1的激光器频率。谐振器调谐机构还可以配置为调节电势以调节光学谐振器4的回音壁模式的频率和激光器1的激光器频率。可以同时使用对于激光器1和谐振器4的控制，以增加激光器的频率调谐范围，因此可以应用控制机构以对光学谐振器4的回音壁模式的频率和激光器1的激光器频率进行调节，同时将激光器频率稳定在回音壁模式的频率。
可以以多种结构来实现图1和4中的WGM谐振器4及本文中其它装置。图5A、5B、67A和7B示出了用于实现上述WGM谐振器的示例性几何结构。
图5A示出了球形WGM谐振器100，其为固体介质球。球形WGM谐振器100具有在平面102中绕Z轴101对称的赤道。平面102的周线是圆，并且平面102是圆形截面。在球形外表面内，在赤道周围存在WG模式，并且WG模式在谐振器100之内进行循环。绕赤道平面102的外表面的球面曲率沿z向和其垂直方向提供空间界限以支持WG模式。球面100的偏心率基本较低。
图5B示出了示例性的球形微谐振器200。可以通过旋转沿短椭圆轴101(z)绕对称轴的椭圆(具有轴向长度a和b)来形成谐振器200。因此，与图5A的球形谐振器类似，图5B中的平面102也具有圆形的周线并且是圆形截面。与图5A中的设计不同，图5B中的平面102是非球形的球状体的圆形截面并且围绕球状体的短椭圆轴。谐振器100的偏心率是(1-b2/a2)1/2并且通常较高，例如大于10-1。因此，谐振器200的外表面不是球面的一部分，并且与球形表面相比在沿z向的模式上提供了更多的空间限定。更具体地，在Z所处的诸如zy或zx平面的平面中的腔几何结构是椭圆的。在谐振器200的中心的赤道平面102与轴101(z)垂直，并且WG模式靠近谐振器200内的平面102的周线进行循环。
图6示出另一个示例性的WGM谐振器300，谐振器300具有非球形表面，其中表面轮廓是大体圆锥形，该圆锥形可以通过笛卡儿坐标的二次方程式来进行算术表示。与图5A和5B的几何结构相类似，外表面在平面102中的方向上和与平面102垂直的z的方向上设置曲度，以限定和支持WG模式。该非球形、非椭圆表面可以例如是抛物线或双曲线。图6中的平面102是圆形截面，WG模式绕赤道中的圆周进行循环。
图5A、5B和6中的上述三个示例性几何结构共享共同的几何特征，它们全部绕轴101(z)轴向地或圆柱地对称，WG模式绕轴101在平面102中循环。弯曲的外表面绕平面102是平滑的，并且提供绕平面102的二维限定以支持WG模式。
值得注意的是，沿z向101的每个谐振器中的WG模式的空间范围限制为平面102以上或以下，因此不必具有完整的球面100、球状体200或圆锥形300。替代地，足够大以支持回音壁模式的绕平面102的全部形状的仅一部分可用于WGM谐振器。例如，从球面的适当区域形成的环状、圆盘形或其它几何结构可以用作球形WGM谐振器。
图7A和7B分别示出圆盘形WGM谐振器400和环形的WGM谐振器420。在图7A中，实心圆盘400具有在中心面102之上的上表面401A和在平面102之下的下表面401B，上表面和下表面之间的距离是H。距离H的值足够大以支持WG模式。在中心面102之上超过此足够距离，谐振器可具有如示出的WGM几何结构实施例的锐缘。可以从上面示出的任何形状中选择外部曲面402，以获得期望WG模式和频谱特性。图7B中的环形谐振器420可以通过从图7A的实心圆盘400移去中心部分410而形成。因为WG模式存在于靠近外表面402的环420的外部部分，可以将环的厚度h设成足够大以支持WG模式。
光学耦合器通常用于通过迅衰耦合将光学能量耦合到WGM谐振器中或者耦合出WGM谐振器。光学耦合器可以与谐振器的外表面直接接触或通过间隙与谐振器的外表面分开，以实现期望的临界耦合。例如，斜面精磨光纤针尖可用作用于WGM谐振器的耦合器。具有倾斜端面的波导，例如平面型波导或其它波导，也可用作耦合器。如图1和4所示，微棱镜可用作用于WGM谐振器的耦合器。也可使用其它迅衰耦合器，例如由光子带隙材料形成的耦合器。
在具有均匀指数的WGM谐振器中，WG模式的电磁场的一部分位于谐振器的外表面。通常需要在光学耦合器和具有均匀指数的WGM谐振器之间的间隙，以获得适当的光学耦合。此间隙用于适当地“未承载”WG模式。通过WGM谐振器的介质材料的特性、谐振器的形状、外部条件和通过耦合器(例如棱镜)的耦合强度来确定WG模式的Q因数。当适当地平衡参数以获得临界耦合状态时，可以获得最高的Q因数。在具有均匀指数的WGM谐振器中，如果诸如棱镜的耦合器接触谐振器的外表面，则耦合较强并且此承载可以使Q因数变小。因此，在表面和耦合器之间的间隙用于减小耦合并用于增加Q因数。通常，此间隙是非常小的，例如小于将耦合到WG模式中的光的一个波长。诸如压电元件的精确定位装置可用于将此间隙控制和保持在适当值处。
可以以电光材料制作WGM谐振器，并且可以通过变化施加到材料的电控信号来调谐WGM谐振器。因为光学注入锁定，可以利用施加到谐振器的DC电压来调谐激光器波长或频率。此外，通过将微波或RF场施加到具有与谐振器的一个或多个自由光谱范围相匹配的频率的WGM谐振器，激光器频率可以进行相位和/或幅度调节。因为可以通过温度、压力的应用、或在利用电光材料制作谐振器的情况下通过施加的DC电势来改变谐振器的模态频率，激光器的频率(波长)也可以被调谐。此外，如果通过微波信号的应用将激光器的频率调制到施加于激光器的DC电流，激光器在频率(波长)上对谐振器保持锁定。因此可以得到可调节的、窄线宽的激光器。当WGM谐振器由电光材料制成时，可以将微波或RF场用于具有适当的耦合电路的谐振器以调节激光器的强度，激光器继续保持对WGM谐振器的锁定。
图8A和8B示出了适用于本申请中的激光器设备的可调电光WGM谐振器1000的实施例。用于谐振器1000的电光材料可以是任何适当的材料，包括诸如铌酸锂和半导体多量子阱结构的电光晶体。可以将一个或多个电极1011和1012形成在谐振器1000上，以在存在WG模式的区域中施加控制电场，以控制电光材料的指数并改变谐振器的滤波功能。假设谐振器1000具有如图6A或6B所示的圆盘形或环形几何结构，可以将电极1011形成在谐振器的顶部，并且可以将电极1012形成在如图8B的装置的侧视图所示的谐振器的底部。在一个实施方式中，电极1011和1012可构成RF或微波谐振器以施加RF或微波信号，从而与期望的光学WG模式一起共同传播。电极1011和1012可以是微带线电极。改变的DC电压可以被用于调谐WGM频率，并且RF或微波信号可以被施加以调节WGM频率。
在用于图1的设计的某些实施方式中，可以提供激光控制单元以通过调谐激光器或调节激光器来控制激光器1，并且提供谐振器控制部件以调谐或调节WG谐振器4。激光控制单元和谐振器控制部件可以彼此通信，以根据注入锁定的操作条件同时控制激光器1和谐振器4。例如，可以以同步的方式调谐激光器1的激光器频率和谐振器4的WGM频率。这可以通过以下方式实现，通过谐振器控制部件将施加到谐振器4的电压分离为激光控制单元的信号。激光控制单元应用此分离信号以控制驱动激光器1的电流。同时调谐激光器1和谐振器4的操作可以增加激光器设备的频率调谐范围。
基于以上所述，可以通过将激光器输出耦合到由电光材料制成的光学谐振器中以支持回音壁模式，并通过将激光从回音壁模式中的激光耦合出，而由回音壁模式光学谐振器来控制和调谐可调激光器。然后，将耦合出光学谐振器的激光光学地回注到激光器中，以将激光器频率稳定在回音壁模式的频率下并减小激光器的线宽。对激光器的控制信号和施加到光学谐振器的电光材料的电压的一个或者两个可以被控制以调谐激光器频率，同时将激光器频率稳定在回音壁模式的频率下。根据此方案，可以实现多种操作。例如，可以调节施加到光学谐振器的电光材料的电压以调节激光器频率。对于另一个实施例，可以调节施加到光学谐振器的电光材料的电压以调节激光器外的激光器输出，以及，同时调谐对激光器的控制信号以调谐激光器频率。
可以在集成的芯片设计中实现上述装置设计。图9示出一个实施例，其中在芯片900上形成各个部件。集成部件的实施例包括激光器或SOA10、装置9a和9b、和WGM谐振器4。在不同部件之间，将光波导形成在芯片900上以引导光。如图所示，在激光器/SOA10、反射器和装置9a和9b之间形成互连的光波导。利用耦合到谐振器4的两个光波导耦合器替代图1和4中的第一和第二光学耦合器4a和4b。在某些实施方式中，可以在波导耦合器与谐振器4接合的位置处在波导耦合器中形成光栅，以便于耦合。
图10示出了集成两个芯片的实施例。第一芯片是包括多种电子器件的硅芯片。第二芯片是另一个硅芯片或其它材料形成的芯片，用于支持光波导和WGM谐振器。可以将WGM谐振器放置在第二芯片上，并且将WGM谐振器光学地耦合至光波导，用于使光进入和离开谐振器。
图11示出了集成两个芯片的另一个实施例。在此实施例中，谐振器是放置在第二芯片上或者嵌入在第二芯片上形成的封装中的圆盘形谐振器。
图12示出了另一个耦合方案，其中将微谐振器定位和保持在形成激光器设备的衬底之上。两个GRIN(梯度折射率)透镜用于(1)将二氧化硅微谐振器保持和支撑在衬底(例如硅)之上的设计位置，和(2)提供与微谐振器适当的光学耦合。与微谐振器接触的每个GRIN透镜的端面是倾斜的以提供相位匹配耦合状态。反向端面固定到在对应波导之上的衬底。在波导和GRIN透镜的交接位置处形成光栅耦合器，以通过将竖直方向和水平方向之间的光进行改向来提供在GRIN透镜和波导之间的光学耦合。因此，一个光栅耦合器用作输入耦合器以将来自一个波导的输入光引导到微谐振器中，同时另一个光栅耦合器用作输出耦合器以将离开微谐振器的光引导进另一个波导中。图12中的上述设计可提供好的耦合效率。可以选择每个GRIN透镜的材料和角度面，以用于谐振器的最佳耦合。作为一个例子，可以使用直径约为1mm和1.8mm的的二氧化硅GRIN透镜。替换地，可以通过具有斜面的光纤(例如单模光纤)来替换图12中的两个GRIN透镜。在光纤端面和光栅耦合器之间的耦合损耗在某些实施方式中可以是约2dB或更少。
图13进一步示出了集成设计，其中光学谐振器是由芯片上的闭环波导形成环形谐振器。在本文的多种设计中，可以通过该环形谐振器来替代WGM谐振器。
虽然本文包括许多具体方面，但是这些方面不应视为对本发明的范围或所要求保护的范围的限制，而是作为本发明的具体实施方式的具体特征的描述。在独立的实施方式的情况下本文中描述的某些特征还可以结合在单个实施方式中实现。相反地，在单个实施方式的情况下描述的各个特征还可以以多个独立的实施方式的形式或者以任何适当再组合的形式来实现。此外，虽然可以将特征如上描述为在某些结合的方式来实现甚至同样地开始要求某些结合，来自要求的结合的一个或多个特征可以在某些情况下从结合中删除，要求的结合可以指向再组合或再组合的变型。
虽然仅公开了几种实施方式。但是，应当理解基于本文中描述的和示出的内容，可以做出变型、改进及其它实施。

Claims (25)

1.激光器设备，其特征在于，包括：
激光器，在激光器频率产生激光束；
光学谐振器，构造为支持在所述光学谐振器中循环的回音壁模式，所述光学谐振器光学地耦合至所述激光器以将所述激光束的一部分以一个或多个回音壁模式接收到所述光学谐振器中，以在所述光学谐振器中循环；
第一光学耦合器，位于所述激光束的光路中，以将所述激光束的至少一部分耦合到所述光学谐振器中以在所述光学谐振器中沿第一方向进行循环，并且将所述光学谐振器中沿与所述第一方向相反的第二方向循环的光耦合出所述光学谐振器，作为反馈到所述激光器的反馈光，以便稳定所述激光器的频率和减小所述激光器的线宽；
第二光学耦合器，在相对于所述光学谐振器与所述第一光学耦合器的位置不同的位置处耦合至所述光学谐振器，所述第二光学耦合器将所述光学谐振器中沿所述第一方向循环的光耦合出所述光学谐振器以作为输出光束；以及
反馈光学装置，位于通过所述第二光学耦合器输出的所述输出光束的光路中，用来接收所述输出光束并将所述输出光束的至少一部分反射回所述第二光学耦合器作为反射光束，其中所述第二光学耦合器将所述反射光束的至少一部分沿所述第二方向耦合到所述光学谐振器中，以增加所述光学谐振器中沿所述第二方向循环的光的光学能量，从而增强通过所述第一光学耦合器反馈回所述激光器的光学能量，以实现所述激光器对所述光学谐振器的注入锁定。
2.如权利要求1所述的激光器设备，其特征在于：
所述反馈光学装置包括反射光的反射镜，
3.如权利要求1所述的激光器设备，其特征在于：
所述反馈光学装置包括反射光的反射镜和位于所述第二光学耦合器和所述反射镜之间的透镜。 
4.如权利要求3所述的激光器设备，其特征在于：
所述反射镜位于所述透镜的焦点处或者接近所述透镜的焦点。
5.如权利要求3所述的激光器设备，其特征在于：
所述透镜是梯度折射率透镜。
6.如权利要求3所述的激光器设备，其特征在于：
所述反射镜包括形成在所述梯度折射率透镜端面上的并反射光的介质膜。
7.如权利要求3所述的激光器设备，其特征在于：
所述反射镜附接在所述梯度折射率透镜的端面上。
8.如权利要求1所述的激光器设备，其特征在于：
所述激光器是通过电流操作以产生所述激光束的半导体激光器。
9.如权利要求8所述的激光器设备，其特征在于：
所述反馈光学装置的反射率、所述第一和第二光学耦合器被配置为增加所述电流的范围，其中通过超过所述电流的范围的注入锁定将所述半导体激光器在频率上锁定到所述光学谐振器，以用于在没有反馈光学装置的情况下保持注入锁定。
10.如权利要求1所述的激光器设备，其特征在于：
所述第一和第二光学耦合器是迅速地将光耦合到和耦合出所述光学谐振器的光学迅衰耦合器。
11.如权利要求1所述的激光器设备，其特征在于：
所述第一光学耦合器将所述激光束的一小部分耦合到所述光学谐振器中，以减小由所述光学谐振器内部的所述激光束所引起的光学非线性 或热不稳定性。
12.如权利要求1所述的激光器设备，包括：
透镜，位于所述激光器和所述第一光学耦合器之间，以提供在将所述激光束耦合到所述光学谐振器中的数值孔径匹配。
13.如权利要求1所述的激光器设备，包括：
相位旋转器，位于所述激光器和所述第一光学耦合器之间，以调节反馈到所述激光器的所述反馈光的相位。
14.如权利要求1所述的激光器设备，其特征在于：
所述反馈光学装置包括反射光的反射器和位于所述反射器和所述第二光学耦合器之间的法拉弟旋转器。
15.如权利要求1所述的激光器设备，其特征在于：
所述光学谐振器是响应于控制信号而改变所述谐振器的频率的可调谐振器。
16.如权利要求15所述的激光器设备，其特征在于：
所述光学谐振器包括电光材料，而所述控制信号是施加到所述电光材料的电控信号。
17.如权利要求15所述的激光器设备，其特征在于：
所述光学谐振器响应于所述光学谐振器的温度的变化而改变所述谐振器的所述频率。
18.如权利要求15所述的激光器设备，其特征在于：
所述光学谐振器响应于施加到所述光学谐振器压力的变化而改变所述谐振器的所述频率。 
19.激光器设备，其特征在于，包括：
第一光学反射器，对光进行反射；
半导体光学放大器(SOA)，位于所述第一光学反射器的一侧并被配置为产生光学增益和放大光；
光学谐振器，构造为支撑在所述光学谐振器中以两个相反的方向循环的光学模式，所述光学谐振器光学地耦合到所述半导体光学放大器以接收来自所述半导体光学放大器的光；
第一光学耦合器，被定位以将来自所述半导体光学放大器的光耦合到所述光学谐振器中以在所述光学谐振器中沿第一方向进行循环，并且将所述光学谐振器中沿与所述第一方向相反的第二方向循环的光耦合出所述光学谐振器以作为反馈到所述半导体光学放大器的反馈光，其中所述半导体光学放大器位于所述第一光学反射器和所述第一光学耦合器之间；
第二光学耦合器，在相对于所述光学谐振器与所述第一光学耦合器的位置不同的位置处耦合至所述光学谐振器，所述第二光学耦合器将所述光学谐振器中沿所述第一方向循环的光耦合出所述光学谐振器，作为输出光束；以及
反馈光学装置，位于通过所述第二光学耦合器输出的所述输出光束的光路中以接收所述输出光束，所述反馈光学装置包括第二反射器，所述第二反射器将所述输出光束的至少一部分反射回所述第二光学耦合器以作为反射光束，其中所述第二光学耦合器将所述反射光束的至少一部分沿所述第二方向耦合到所述光学谐振器中，以增加所述光学谐振器中沿所述第二方向循环的光的光学能量，从而增强通过所述第一光学耦合器反馈回所述半导体光学放大器的光学能量，以实现由所述第一和第二光学反射器形成的以产生激光的激光谐振器。
20.如权利要求19所述的激光器设备，其特征在于：
所述光学谐振器包括回音壁模式谐振器。
21.如权利要求19所述的激光器设备，其特征在于： 
所述光学谐振器包括环形谐振器。
22.如权利要求19所述的激光器设备，其特征在于：
所述光学谐振器是响应于控制信号而改变所述谐振器的频率的可调谐振器。
23.如权利要求22所述的激光器设备，其特征在于：
所述光学谐振器包括电光材料，而所述控制信号是施加到所述电光材料的电控信号。
24.如权利要求22所述的激光器设备，其特征在于：
所述光学谐振器响应于所述光学谐振器的温度的变化而改变所述谐振器的所述频率。
25.如权利要求22所述的激光器设备，其特征在于：
所述光学谐振器响应于施加到所述光学谐振器压力的变化而改变所述谐振器的所述频率。 
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102377098A (zh) * 2010-08-10 2012-03-14 Oe电波公司 激光器对光学谐振器的反馈增强的自注入锁定
CN111786255A (zh) * 2020-08-04 2020-10-16 中国工程物理研究院总体工程研究所 一种稳频和稳光强双压电陶瓷调谐外腔半导体激光器
CN112769023A (zh) * 2019-10-21 2021-05-07 中国计量科学研究院 微波信号生成装置及方法
CN114696184A (zh) * 2022-03-23 2022-07-01 中国科学院精密测量科学与技术创新研究院 一种基于回音壁外腔的自注入锁定激光器的反馈增强方法

Families Citing this family (37)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8498539B1 (en) 2009-04-21 2013-07-30 Oewaves, Inc. Dielectric photonic receivers and concentrators for radio frequency and microwave applications
US8417076B2 (en) 2009-06-22 2013-04-09 Oewaves, Inc. Tunable photonic microwave or radio frequency receivers based on electro-optic optical whispering gallery mode resonators
US11177622B1 (en) * 2009-11-30 2021-11-16 United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force Nearly transform-limited, low-repetition-rate, picosecond optical parametric generator
US8331409B1 (en) 2010-01-18 2012-12-11 Oewaves, Inc. Locking of a laser to an optical interferometer that is stabilized to a reference frequency
US8564869B1 (en) 2010-07-15 2013-10-22 Oewaves, Inc. Voltage controlled tunable single sideband modulators and devices based on electro-optic optical whispering gallery mode resonators
CN103703635B (zh) 2011-05-16 2017-07-25 Oe电波公司 基于非线性光学谐振器的三重振荡器装置
US8804231B2 (en) 2011-06-20 2014-08-12 Oewaves, Inc. Stabilizing RF oscillator based on optical resonator
JP2014520289A (ja) 2011-06-23 2014-08-21 オーイーウェイブス，インコーポレーテッド ウィスパリングギャラリーモード光共振器における非線形光混合を介した光電子フィードバックおよび光再生に基づいたパラメトリック再生発振器
US8831056B2 (en) 2011-06-30 2014-09-09 Oewaves, Inc. Compact optical atomic clocks and applications based on parametric nonlinear optical mixing in whispering gallery mode optical resonators
WO2013148281A1 (en) 2012-03-27 2013-10-03 Oewaves, Inc. Tunable opto-electronic oscillator having optical resonator filter operating at selected modulation sideband
TWI469462B (zh) * 2012-11-30 2015-01-11 Ind Tech Res Inst 時間差調制旁波段增益短脈衝雷射輸出裝置
US20140321485A1 (en) * 2013-04-25 2014-10-30 Oewaves, Inc. Resonator Based External Cavity Laser
US9222810B1 (en) 2013-09-19 2015-12-29 Sandia Corporation In situ calibration of a light source in a sensor device
JP2017514111A (ja) * 2014-03-19 2017-06-01 オーイーウェーブス, インク.Oewaves, Inc. 光学原子時計
US9703266B2 (en) 2014-11-04 2017-07-11 Spectracom Corporation Independent fiber-optic reference apparatuses and methods thereof
JP6508956B2 (ja) * 2015-01-28 2019-05-08 富士通株式会社 変調光源
CN104701711A (zh) * 2015-02-16 2015-06-10 连云港科源光电科技有限公司 一种基于毛细管储能元件的微波信号产生装置
EP3281033B1 (en) * 2015-04-07 2022-01-12 GM Global Technology Operations LLC Compact lidar system
CN105375330A (zh) * 2015-12-15 2016-03-02 重庆大学 基于在纤回音壁滤波器的超窄线宽半导体激光器
US9885888B2 (en) 2016-02-08 2018-02-06 International Business Machines Corporation Integrated microwave-to-optical single-photon transducer with strain-induced electro-optic material
US11675078B2 (en) 2016-10-06 2023-06-13 GM Global Technology Operations LLC LiDAR system
WO2018067158A1 (en) * 2016-10-06 2018-04-12 Strobe, Inc. Lidar system
US10473857B2 (en) * 2017-07-11 2019-11-12 Mellanox Technologies, Ltd. Gradient-index waveguide lateral coupler having an active region with an index of refraction that is non-constant laterally
US20190341742A1 (en) 2018-05-01 2019-11-07 Oewaves, Inc. Plasmon-activated monolithic cavities for self-injection locking of lasers
US10998376B2 (en) 2019-01-29 2021-05-04 International Business Machines Corporation Qubit-optical-CMOS integration using structured substrates
WO2020191086A1 (en) * 2019-03-18 2020-09-24 The Trustees Of Columbia University In The City Of New York Self-injection locking using resonator on silicon based chip
US11804694B2 (en) * 2019-03-27 2023-10-31 Samsung Electronics Co., Ltd. Laser device and method of transforming laser spectrum
US11791902B2 (en) * 2020-12-16 2023-10-17 Mellanox Technologies, Ltd. Heterogeneous integration of frequency comb generators for high-speed transceivers
US11862924B2 (en) * 2020-12-20 2024-01-02 Minh Tran Low noise lasers with resonator filters
CN112666083A (zh) * 2021-01-04 2021-04-16 国网山西省电力公司电力科学研究院 一种基于拉曼光谱的sf6分解气体检测增强系统
EP4409738A1 (en) * 2021-10-25 2024-08-07 Orca Computing Limited Hybrid photonic integrated circuits for ultra-low phase noise signal generators
WO2023078555A1 (en) * 2021-11-04 2023-05-11 Ecole Polytechnique Federale De Lausanne (Epfl) Method for operating a frequency agile tunable self-injection locking laser system and self-injection locking laser system
WO2023093975A1 (en) * 2021-11-23 2023-06-01 Ecole Polytechnique Federale De Lausanne (Epfl) Photonic assembly tunable via the pockels effect and method for use in frequency-modulated lidar
CN114336252A (zh) * 2021-12-29 2022-04-12 中红外激光研究院(江苏)有限公司 一种窄线宽固体激光器
CN115498488B (zh) * 2022-09-22 2023-07-07 中国科学院精密测量科学与技术创新研究院 一种基于棱镜耦合的回音壁耦合模块及其装调方法
CN115986543B (zh) * 2022-12-26 2023-06-13 北京大学长三角光电科学研究院 一种窄线宽激光器
CN117374734B (zh) * 2023-12-08 2024-03-15 杭州视光半导体科技有限公司 一种基于光谐振器的自注入锁定窄线宽多波长激光器

Family Cites Families (81)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5220292A (en) 1992-01-02 1993-06-15 Raytheon Company Microwave oscillator with noise degeneration feedback circuit
US5204640A (en) 1992-02-10 1993-04-20 California Institute Of Technology Widely tunable oscillator stabilization using analog fiber optic delay line
US5723856A (en) 1995-08-01 1998-03-03 California Institute Of Technology Opto-electronic oscillator having a positive feedback with an open loop gain greater than one
US5751747A (en) 1995-12-20 1998-05-12 California Institute Of Technology Linear swept frequency generator
US5777778A (en) 1996-01-23 1998-07-07 California Institute Of Technology Multi-Loop opto-electronic microwave oscillator with a wide tuning range
US6080586A (en) 1996-04-05 2000-06-27 California Institute Of Technology Sub-micron chemical imaging with near-field laser desorption
US5929430A (en) 1997-01-14 1999-07-27 California Institute Of Technology Coupled opto-electronic oscillator
US6178036B1 (en) 1997-01-14 2001-01-23 California Institute Of Technology Opto-electronic devices and systems based on brillouin selective sideband amplification
US5917179A (en) 1997-05-12 1999-06-29 California Institute Of Technology Brillouin opto-electronic oscillators
US5985166A (en) 1997-10-29 1999-11-16 California Institute Of Technology Chemical etching of fiber probe
US7106917B2 (en) 1998-11-13 2006-09-12 Xponent Photonics Inc Resonant optical modulators
CN1338135B (zh) 1999-01-26 2010-10-13 加利福尼亚理工学院 具有光谐振器的光电振荡器
AU2742500A (en) 1999-01-28 2000-08-18 California Institute Of Technology Opto-electronic techniques for reducing phase noise in a carrier signal by carrier suppression
US6389197B1 (en) 1999-02-10 2002-05-14 California Institute Of Technology Coupling system to a microsphere cavity
US6473218B1 (en) 1999-06-11 2002-10-29 California Institute Of Technology Light modulation in whispering-gallery-mode resonators
CA2387689A1 (en) 1999-10-27 2001-05-17 California Institute Of Technology Opto-electronic devices for processing and transmitting rf signals based on brillouin selective sideband amplification
US6476959B2 (en) 2000-01-10 2002-11-05 California Institute Of Technology Optical pulse synthesis using brillouin selective sideband amplification
US6798947B2 (en) 2000-02-10 2004-09-28 California Institute Of Technology Coupling system to a microsphere cavity
US6487233B2 (en) 2000-02-23 2002-11-26 California Institute Of Technology Fiber-coupled microsphere laser
US6795481B2 (en) 2000-03-22 2004-09-21 California Institute Of Technology Non-spherical whispering-gallery-mode microcavity
US6594061B2 (en) 2000-06-09 2003-07-15 California Institute Of Technology Acceleration-insensitive opto-electronic oscillators
US6871025B2 (en) 2000-06-15 2005-03-22 California Institute Of Technology Direct electrical-to-optical conversion and light modulation in micro whispering-gallery-mode resonators
AU2001281192A1 (en) 2000-08-08 2002-02-18 California Institute Of Technology Optical sensing based on whispering-gallery-mode microcavity
US20020085266A1 (en) 2000-11-27 2002-07-04 Yao Xiaotian Steve Wavelength converter with an impedance matched electro-absorption modulator pair
US7283707B1 (en) 2001-07-25 2007-10-16 Oewaves, Inc. Evanescently coupling light between waveguides and whispering-gallery mode optical resonators
US6853479B1 (en) 2001-08-30 2005-02-08 Oewaves, Inc. Apparatus and method for coupling light between an optical resonator and a semiconductor chip with a minimum number of components and alignment steps
US6928091B1 (en) 2001-09-26 2005-08-09 Oewaves, Inc. Opto-electronic oscillator including a tunable electro-optic filter
US6906309B2 (en) 2001-11-15 2005-06-14 Hrl Laboratories, Llc Injection-seeding of a multi-tone photonic oscillator
US6891865B1 (en) * 2002-02-15 2005-05-10 Afonics Fibreoptics, Ltd. Wavelength tunable laser
US6879752B1 (en) 2002-04-03 2005-04-12 Oewaves, Inc. Film spacer for setting the gap between an optical coupler and a whispering-gallery mode optical resonator
EP1493212B1 (en) 2002-04-09 2009-10-14 California Institute Of Technology Atomic clock based on an opto-electronic oscillator
US6901189B1 (en) 2002-05-17 2005-05-31 California Institute Of Technology Graded-index whispering gallery mode resonators
US6987914B2 (en) 2002-05-17 2006-01-17 California Institute Of Technology Optical filter having coupled whispering-gallery-mode resonators
US6922497B1 (en) 2002-05-17 2005-07-26 California Institute Of Technology Whispering gallery mode resonators based on radiation-sensitive materials
US6943934B1 (en) 2002-05-28 2005-09-13 California Institute Of Technology Nonlinear optical whispering gallery mode resonators
US7050212B2 (en) 2002-11-22 2006-05-23 California Institute Of Technology Active mode-locked lasers and other photonic devices using electro-optic whispering gallery mode resonators
US7092591B2 (en) 2003-02-03 2006-08-15 California Institute Of Technology Tunable optical filters having electro-optic whispering-gallery-mode resonators
US7133180B2 (en) 2003-06-03 2006-11-07 Oewaves, Inc. Resonant impedance matching in microwave and RF device
US7248763B1 (en) 2003-07-03 2007-07-24 Oewaves, Inc. Optical resonators with reduced OH-content
US7062131B2 (en) 2003-07-03 2006-06-13 Oewaves, Inc. Optical coupling for whispering-gallery-mode resonators via waveguide gratings
US7400796B1 (en) 2003-07-08 2008-07-15 Oewaves, Inc. Whispering-gallery-mode resonator architectures and manufacturing processes
WO2005017607A2 (en) 2003-08-04 2005-02-24 California Institute Of Technology Opto-electronic feedback for stabilizing oscillators
WO2005033749A2 (en) 2003-10-01 2005-04-14 California Institute Of Technology Tunable resonator-based devices for producing variable delays and narrow spectral linewidths
US7184451B2 (en) 2003-10-15 2007-02-27 Oewaves, Inc. Continuously tunable coupled opto-electronic oscillators having balanced opto-electronic filters
US7389053B1 (en) 2003-10-15 2008-06-17 Oewaves, Inc. Tunable filtering of RF or microwave signals based on optical filtering in Mach-Zehnder configuration
US7187870B2 (en) 2003-10-15 2007-03-06 Oewaves, Inc. Tunable balanced opto-electronic filters and applications in opto-electronic oscillators
WO2005055412A2 (en) 2003-12-01 2005-06-16 Oewaves, Inc. Continuously tunable coupled opto-electronic oscillators having balanced opto-electronic filters
US7587144B2 (en) 2004-01-12 2009-09-08 Oewaves, Inc. Tunable radio frequency and microwave photonic filters
US7218662B1 (en) * 2004-02-12 2007-05-15 Oewaves, Inc. Coupled opto-electronic oscillators with low noise
US7356214B2 (en) 2004-03-22 2008-04-08 Oewaves, Inc. Optical waveguide coupler for whispering-gallery-mode resonators
WO2005101286A2 (en) 2004-04-15 2005-10-27 Oewaves, Inc. Processing of signals with regenerative opto-electronic circuits
US7362927B1 (en) 2004-06-01 2008-04-22 Oewaves, Inc. Tunable RF or microwave photonic filters using temperature-balanced whispering gallery mode optical resonators
US7480425B2 (en) 2004-06-09 2009-01-20 Oewaves, Inc. Integrated opto-electronic oscillators
US7260279B2 (en) * 2004-06-09 2007-08-21 Oewaves, Inc. Integrated opto-electronic oscillators
US7630417B1 (en) 2004-06-24 2009-12-08 California Institute Of Technology Crystal whispering gallery mode optical resonators
US7440651B1 (en) 2004-11-17 2008-10-21 California Institute Of Technology Single mode whispering-gallery-mode resonator
WO2006076585A2 (en) 2005-01-13 2006-07-20 Oewaves, Inc. Tunable multi-loop opto-electronic oscillator with tunable rf or microwave filter based on optical filtering
EP1861901B1 (en) * 2005-03-17 2016-06-01 Oewaves, Inc. Coupled and non-coupled opto-electronic oscillators with enhanced performance
WO2007143627A2 (en) 2006-06-02 2007-12-13 Oewaves, Inc. Integrated opto-electronic oscillators
US7529281B2 (en) * 2006-07-11 2009-05-05 Mobius Photonics, Inc. Light source with precisely controlled wavelength-converted average power
WO2008030782A2 (en) 2006-09-05 2008-03-13 Oewaves, Inc. Wideband receiver based on photonics technology
KR100841052B1 (ko) * 2006-10-11 2008-06-24 한국표준과학연구원 펨토초레이저 광주입잠금을 이용한 주사 광주파수합성기 및상기 광주파수합성기를 이용한 광주파수합성방법
US7965745B2 (en) 2007-06-13 2011-06-21 Oewaves, Inc. RF and microwave receivers based on electro-optic optical whispering gallery mode resonators
CN106058626B (zh) * 2007-06-13 2020-04-28 斯特罗布公司 锁定至回音壁模式谐振腔的可调谐激光器
US7929589B1 (en) 2007-06-13 2011-04-19 Oewaves, Inc. Diffractive grating coupled whispering gallery mode resonators
US8155914B2 (en) 2007-11-13 2012-04-10 Oewaves, Inc. Measuring phase noise in radio frequency, microwave or millimeter signals based on photonic delay
EP2220794B1 (en) 2007-11-13 2019-06-12 Oewaves, Inc. Photonic based cross-correlation homodyne detection with low phase noise
WO2009064934A2 (en) 2007-11-13 2009-05-22 Oewaves, Inc. Cross modulation-based opto-electronic oscillator with tunable electro-optic optical whispering gallery mode resonator
US8111722B1 (en) * 2008-03-03 2012-02-07 Oewaves, Inc. Low-noise RF oscillation and optical comb generation based on nonlinear optical resonator
CA2717650A1 (en) 2008-03-11 2009-09-17 Oewaves, Inc. Optical locking based on optical resonators with high quality factors
US8089684B1 (en) 2008-03-14 2012-01-03 Oewaves, Inc. Photonic RF and microwave phase shifters
WO2009137202A2 (en) 2008-04-03 2009-11-12 California Institute Of Technology Optical sensing based on overlapping optical modes in optical resonator sensors and interferometric sensors
US8009712B2 (en) * 2008-05-07 2011-08-30 Stc.Unm Light-emitting device having injection-lockable semiconductor ring laser monolithically integrated with master laser
US8102597B1 (en) 2008-05-15 2012-01-24 Oewaves, Inc. Structures and fabrication of whispering-gallery-mode resonators
US8094359B1 (en) 2008-05-15 2012-01-10 Oewaves, Inc. Electro-optic whispering-gallery-mode resonator devices
US7680372B2 (en) * 2008-06-27 2010-03-16 Honeywell International Inc. Micro-optics photonic bandgap fiber coupler
US8159736B2 (en) 2008-11-13 2012-04-17 Oewaves, Inc. Tunable single sideband modulators based on electro-optic optical whispering gallery mode resonators and their applications
CN101477289B (zh) * 2009-01-19 2010-09-01 华东师范大学 全光控精确同步多种波长飞秒、皮秒、纳秒激光脉冲的方法
EP2315074B1 (en) 2009-10-26 2018-07-04 Oewaves, Inc. Photonic RF frequency conversion
US8514400B2 (en) 2010-03-23 2013-08-20 Oewaves, Inc. Optical gyroscope sensors based on optical whispering gallery mode resonators
CN102377098B (zh) 2010-08-10 2015-09-23 Oe电波公司 激光器设备和用于锁定激光器的方法

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102377098A (zh) * 2010-08-10 2012-03-14 Oe电波公司 激光器对光学谐振器的反馈增强的自注入锁定
CN102377098B (zh) * 2010-08-10 2015-09-23 Oe电波公司 激光器设备和用于锁定激光器的方法
CN112769023A (zh) * 2019-10-21 2021-05-07 中国计量科学研究院 微波信号生成装置及方法
CN112769023B (zh) * 2019-10-21 2022-04-12 中国计量科学研究院 微波信号生成装置及方法
CN111786255A (zh) * 2020-08-04 2020-10-16 中国工程物理研究院总体工程研究所 一种稳频和稳光强双压电陶瓷调谐外腔半导体激光器
CN111786255B (zh) * 2020-08-04 2024-04-19 中国工程物理研究院总体工程研究所 一种稳频和稳光强双压电陶瓷调谐外腔半导体激光器
CN114696184A (zh) * 2022-03-23 2022-07-01 中国科学院精密测量科学与技术创新研究院 一种基于回音壁外腔的自注入锁定激光器的反馈增强方法
CN114696184B (zh) * 2022-03-23 2023-11-03 中国科学院精密测量科学与技术创新研究院 一种基于回音壁外腔的自注入锁定激光器的反馈增强方法

Also Published As

Publication number Publication date
US8605760B2 (en) 2013-12-10
CN102377098B (zh) 2015-09-23
CN102377098A (zh) 2012-03-14
US20120039346A1 (en) 2012-02-16

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