本申請屬于激光器技術領域，具體涉及一種諧振腔及應用該諧振腔的絕熱激光器。

背景技術：

諧振腔為光波在來回反射從而提供光能反饋的空腔，其作為激光器的必要組成部分，通常由兩塊與工作介質(zhì)軸線垂直的平面或凹球面反射鏡構成。

諧振腔的作用是選擇頻率一定、方向一致的光作最優(yōu)先的放大，而把其他頻率和方向的光加以抑制。凡不沿諧振腔軸線運動的光子均很快逸出諧振腔外，沿軸線運動的光子將在諧振腔內(nèi)繼續(xù)前進，并經(jīng)兩反射鏡的反射不斷往返運行產(chǎn)生振蕩，運行時不斷與受激粒子相遇而產(chǎn)生受激輻射，沿軸線運行的光子將不斷增殖，在腔內(nèi)形成傳播方向一致、頻率和相位相同的強光束，從而產(chǎn)生激光。

參圖1所示為現(xiàn)有技術中常用激光器的諧振腔，包含第一反射結(jié)構10'、增益結(jié)構20'、及第二反射結(jié)構30'。增益結(jié)構20'所用的材料為Ⅲ-Ⅴ族化合物材料，這種材料的折射率會隨著溫度的升高而增大，因此在不同溫度的情況下，諧振腔中增益結(jié)構的有效折射率也會發(fā)生變化，從而諧振腔的光程會改變，導致激光器波長隨著溫度漂移。

因此針對上述問題，有必要提供一種諧振腔及應用該諧振腔的絕熱激光器。

技術實現(xiàn)要素：

本申請一實施例提供一種諧振腔，所述諧振腔包括對應設置的第一反射結(jié) 構和第二反射結(jié)構，所述第一反射結(jié)構和第二反射結(jié)構之間設置有增益單元，增益單元的外側(cè)設置有包層，所述增益單元包括對光線進行放大的波導結(jié)構和對光程進行補償?shù)臏囟妊a償結(jié)構，所述溫度補償結(jié)構位于波導結(jié)構的中間和/或波導結(jié)構側(cè)邊，所述波導結(jié)構和溫度補償結(jié)構分別采用正溫度系數(shù)材料和負溫度系數(shù)材料制成，所述溫度補償結(jié)構通過對光程進行補償來維持射出諧振腔的光線的波長保持不變。

一實施例中，所述波導結(jié)構和溫度補償結(jié)構滿足A*Δn₁+B*Δn₂＝0，其中，Δn₁＝d_n1/d_T和Δn₂＝d_n2/d_T分別為波導結(jié)構和溫度補償結(jié)構的溫度系數(shù)，n₁和n₂分別為波導結(jié)構和溫度補償結(jié)構的折射率，A和B分別為光在波導結(jié)構和溫度補償結(jié)構中所占的能量比。

一實施例中，所述A和B正比于材料折射率*電場的平方。

一實施例中，所述波導結(jié)構為狹縫波導結(jié)構，A和B通過增益單元中的波導結(jié)構寬度、狹縫寬度、波導高度、及材料折射率模擬計算得到。

一實施例中，所述波導結(jié)構的材料為Ⅲ-Ⅴ族化合物正溫度系數(shù)材料，溫度補償結(jié)構的材料為聚合物負溫度系數(shù)材料。

一實施例中，所述第一反射結(jié)構為寬帶反射結(jié)構，第二反射結(jié)構為窄帶反射結(jié)構，寬帶反射結(jié)構對應的波長為中心波長±10nm，窄帶反射結(jié)構對應的波長為中心波長±0.1nm。

一實施例中，所述第一反射結(jié)構為寬帶反射膜，所述第二反射結(jié)構為窄帶光柵反射結(jié)構。

一實施例中，所述第一反射結(jié)構或第二反射結(jié)構的材料為氧化硅。

一實施例中，所述增益單元的有效折射率大于包層的折射率。

本申請另一實施例提供一種絕熱激光器，所述絕熱激光器包括上述的諧振腔。

與現(xiàn)有技術相比，本申請具有以下有益效果：

增益單元中的波導結(jié)構和溫度補償結(jié)構分別選用正溫度系數(shù)材料和負溫度 系數(shù)材料，采用負溫度系數(shù)材料作為補償能使得諧振腔在不同溫度下保持波長穩(wěn)定；

諧振腔增益單元的有效折射率不會變化，進而光程保持不變，激光器的輸出波長不會隨著溫度漂移。

附圖說明

圖1是現(xiàn)有技術中諧振腔的結(jié)構示意圖；

圖2是本申請第一實施方式中諧振腔的結(jié)構示意圖；

圖3是本申請第一實施方式中包層的結(jié)構示意圖；

圖4是本申請第一實施方式中波導結(jié)構的示意圖；

圖5是本申請第二實施方式中諧振腔的結(jié)構示意圖。

具體實施方式

以下將結(jié)合附圖所示的具體實施方式對本申請進行詳細描述。但這些實施方式并不限制本申請，本領域的普通技術人員根據(jù)這些實施方式所做出的結(jié)構、方法、或功能上的變換均包含在本申請的保護范圍內(nèi)。

在本申請的各個圖示中，為了便于圖示，結(jié)構或部分的某些尺寸會相對于其它結(jié)構或部分擴大，因此，僅用于圖示本申請的主題的基本結(jié)構。

本文使用的例如“左”、“右”、“左側(cè)”、“右側(cè)”等表示空間相對位置的術語是出于便于說明的目的來描述如附圖中所示的一個單元或特征相對于另一個單元或特征的關系。空間相對位置的術語可以旨在包括設備在使用或工作中除了圖中所示方位以外的不同方位。例如，如果將圖中的設備翻轉(zhuǎn)，則被描述為位于其他單元或特征“右側(cè)”的單元將位于其他單元或特征“左側(cè)”。因此，示例性術語“右側(cè)”可以囊括左側(cè)和右側(cè)這兩種方位。設備可以以其他方式被定向(旋轉(zhuǎn)90度或其他朝向)，并相應地解釋本文使用的與空間相關的描述語。

當元件或?qū)颖环Q為與另一部件或?qū)印斑B接”時，其可以直接在該另一部件或?qū)由?、連接到該另一部件或?qū)?，或者可以存在中間元件或?qū)?。相反，當部件被稱為“直接連接在另一部件或?qū)由稀睍r，不能存在中間部件或?qū)印?/p>

參圖2所示，介紹本申請諧振腔100的第一實施方式。該諧振腔從左向右依次包括第一反射結(jié)構110、增益單元120、以及第二反射結(jié)構130，其中，增益單元120包括波導結(jié)構121、位于波導結(jié)構的中間和波導結(jié)構側(cè)邊的溫度補償結(jié)構122。其中，波導結(jié)構用于對光線進行放大，溫度補償結(jié)構用于對光程進行補償，溫度補償結(jié)構通過對光程進行補償來維持射出諧振腔的光線的波長保持不變。

增益單元120的外側(cè)還設有包層，包層包覆增益單元的四周但不包覆其兩端，結(jié)合圖3所示，在本實施方式中包層包括包覆增益單元120的包覆層140和位于增益單元120下方的襯底150，增益單元120的有效折射率大于包覆層140和襯底150的折射率，光在增益單元120中傳導時是基于全反射原理，包覆層140和襯底150用于對增益單元120中的光進行限制。

本實施方式中波導結(jié)構121和溫度補償結(jié)構122分別采用正溫度系數(shù)材料和負溫度系數(shù)材料制成，且在不同溫度下諧振腔的輸出波長保持不變。

本申請中激光器諧振腔的原理是運用兩種材料相結(jié)合保證激光器諧振腔的光程(光程＝折射率*距離)不變，本實施方式在距離一定的情況下就需要保證折射率在不同的溫度下保持不變。

設定光在波導結(jié)構121中所占的能量比為A，波導結(jié)構121的折射率為n₁，T為波導結(jié)構121的溫度(即增益單元120的溫度)，溫度系數(shù)Δn₁＝d_n1/d_T，Δn₁＞0；

設定光在溫度補償結(jié)構122中所占的能量比為B，溫度補償結(jié)構122的折射率為n₂，T為溫度補償結(jié)構122的溫度(即增益單元120的溫度)，溫度系數(shù)Δn₂＝d_n2/d_T，Δn₂＜0。

根據(jù)“折射率在不同的溫度下保持不變”可以得出：

A*Δn₁+B*Δn₂＝0。

因此，本申請中只需選擇相應的材料并形成增益單元后，使得溫度系數(shù)Δn₁、Δn₂和A、B滿足條件A*Δn₁+B*Δn₂＝0即可。

滿足條件A*Δn₁+B*Δn₂＝0時，增益單元中光線的有效折射率不會發(fā)生變化，從而光程不會發(fā)生改變，使用該增益單元的激光器的波長不會發(fā)生漂移。

具體地，本實施方式中的能量比A和B正比于材料折射率*電場的平方，其是通過模擬計算得到。參圖4所示為波導結(jié)構121的示意圖，該波導結(jié)構為狹縫波導結(jié)構，在獲知波導結(jié)構寬度w1、狹縫寬度w2、波導高度h1、及材料折射率后，可以通過模擬計算得到上述能量比A和B。

本實施方式中波導結(jié)構121選用Ⅲ-Ⅴ族化合物正溫度系數(shù)材料，溫度補償結(jié)構122選用聚合物負溫度系數(shù)材料，采用負溫度系數(shù)材料作為補償能使得諧振腔在不同溫度下保持波長穩(wěn)定。

本申請中所指的Ⅲ-Ⅴ族化合物為常用的半導體材料，其由在化學周期表里三價元素(例如鋁、鎵、銦、鉈)以及五價元素(例如氮、磷、砷、銻、鉍)組成的，例如砷化鎵等。

應當理解的是，本申請中以包覆層和襯底作為增益單元的包層，在其他實施方式中也可以全部設置為包覆層，只要是滿足能夠?qū)崿F(xiàn)光在增益單元中基于全反射原理進行傳導的外側(cè)結(jié)構均屬于本申請中包層所保護的范圍。

參圖5所示，介紹本申請諧振腔200的第二實施方式。其包括第一反射結(jié)構210、增益單元220、以及第二反射結(jié)構230，其中，第一反射結(jié)構210和增益單元220設置于襯底240上，且第一反射結(jié)構210和增益單元220的外側(cè)設有包覆層(未圖示)。本實施方式中的增益單元220與第一實施方式中的增益單元120結(jié)構相同，同樣包括波導結(jié)構、位于波導結(jié)構的狹縫和/或波導結(jié)構側(cè)邊的溫度補償結(jié)構，波導結(jié)構采用正溫度系數(shù)材料用于對光線進行放大，溫度補償結(jié)構采用負溫度系數(shù)材料用于對光程進行補償，溫度補償結(jié)構通過對光程進行補償來維持射出增益單元的光線的波長保持不變。

本實施方式中第一反射結(jié)構210和第二反射結(jié)構230為平面或曲面反射鏡，兩者均由低溫度系數(shù)材料制作，例如氧化硅等。

進一步地，第一反射結(jié)構210和第二反射結(jié)構230的其中一個為窄帶的反射鏡，而另一個為寬帶的反射鏡。

如本實施方式中第一反射結(jié)構210為寬帶反射結(jié)構，其位于增益單元220的左側(cè)；第二反射結(jié)構230為窄帶反射結(jié)構，其位于增益單元220的右側(cè)。本實施方式中寬帶反射結(jié)構為一反射膜，對應的波長為中心波長±10nm，窄帶反射結(jié)構為二氧化硅反射結(jié)構，對應的波長為中心波長±0.1nm。

進一步地，在本申請的其他實施方式中，在由正溫度系數(shù)材料形成的波導結(jié)構和由負溫度系數(shù)材料形成的溫度補償結(jié)構之間還設有過渡結(jié)構。過渡結(jié)構能夠起到過渡光波在波導結(jié)構和溫度補償結(jié)構傳輸?shù)淖饔谩?/p>

優(yōu)選地，過渡結(jié)構為增透膜與模斑轉(zhuǎn)換器中的一個或多個的組合，增透膜能夠提高光波在增益單元中的透射效果，模斑轉(zhuǎn)換器能夠提高光波在波導結(jié)構中的耦合度。具體地，過渡結(jié)構可以為一層或多層增透膜、或者一個或多個模斑轉(zhuǎn)換器，也可以為增透膜和模斑轉(zhuǎn)換器的組合等。

應當理解的是，本申請各實施方式中的諧振腔可以用于絕熱激光器中，從而實現(xiàn)不同溫度下保持波長穩(wěn)定的效果，當然，該諧振腔不僅限于用于激光器中，也可以用于其他需滿足“不同溫度下保持折射率不變”的各種光學元器件中，此處不再一一舉例進行說明。

本申請通過上述實施方式，具有以下有益效果：

增益單元中的波導結(jié)構和溫度補償結(jié)構分別選用正溫度系數(shù)材料和負溫度系數(shù)材料，采用負溫度系數(shù)材料作為補償能使得諧振腔在不同溫度下保持波長穩(wěn)定；

諧振腔增益單元的有效折射率不會變化，進而光程保持不變，激光器的輸出波長不會隨著溫度漂移。

應當理解，雖然本說明書按照實施方式加以描述，但并非每個實施方式僅包含一個獨立的技術方案，說明書的這種敘述方式僅僅是為清楚起見，本領域技術人員應當將說明書作為一個整體，各實施方式中的技術方案也可以經(jīng)適當組合，形成本領域技術人員可以理解的其他實施方式。

上文所列出的一系列的詳細說明僅僅是針對本申請的可行性實施方式的具體說明，它們并非用以限制本申請的保護范圍，凡未脫離本申請技藝精神所作的等效實施方式或變更均應包含在本申請的保護范圍之內(nèi)。