本發(fā)明屬于激光器技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種轉(zhuǎn)彎鎖模波導(dǎo)激光器。

背景技術(shù)：

波導(dǎo)激光器是基于波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的微型激光器，其核心是光波導(dǎo)，光波導(dǎo)是集成光學(xué)器件的基礎(chǔ)。波導(dǎo)激光用激光增益介質(zhì)上的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)作為激光諧振腔，將泵浦光耦合到波導(dǎo)中，在波導(dǎo)增益介質(zhì)中產(chǎn)生激光振蕩。激光增益介質(zhì)是以晶體、玻璃、透明陶瓷、鈦寶石為基質(zhì)，其中摻入作為激活離子的稀土元素(如nd³⁺、er³⁺、yb³⁺、tm³⁺等)形成的。與體器件相比，波導(dǎo)激光利用波導(dǎo)結(jié)構(gòu)把光束的能量約束在截面非常小的波導(dǎo)內(nèi)，能夠有效的提高光的能量密度，獲得高增益，從而降低激光的泵浦閾值，提高斜率效率。波導(dǎo)本身具有很大的縱橫比，散熱面積大，因此波導(dǎo)激光不容易受到熱效應(yīng)的影響。與一般的集成光學(xué)元件相比，波導(dǎo)激光應(yīng)用范圍更廣，它可以與其它光學(xué)器件結(jié)合使用，制備多功能的集成光學(xué)元件，為功能化的集成光學(xué)芯片提供可靠的激光源，也可以單獨(dú)作為激光器使用，因此具有廣闊的發(fā)展前景。

目前，波導(dǎo)激光器的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)大多是通過基質(zhì)表面沉積、表面構(gòu)造以及內(nèi)部構(gòu)造得到，而且波導(dǎo)結(jié)構(gòu)均為直線型，如果要獲得較好的增益效果就必須將波導(dǎo)結(jié)構(gòu)做的很長(zhǎng)，難以滿足微型化需求，不利于波導(dǎo)激光器與其他功能器件的集成應(yīng)用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決現(xiàn)有的直線型波導(dǎo)激光器器型大、增益效果差的技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種轉(zhuǎn)彎鎖模波導(dǎo)激光器。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案是：一種轉(zhuǎn)彎鎖模波導(dǎo)激光器，包括泵浦源、諧振腔和位于諧振腔內(nèi)的波導(dǎo)激光介質(zhì)，其特殊之處在于：所述波導(dǎo)激光介質(zhì)內(nèi)分布有轉(zhuǎn)彎的波導(dǎo)模場(chǎng)；所述諧振腔包括耦合輸入鏡和耦合輸出鏡，所述耦合輸入鏡位于泵浦源的泵浦光輸出端和波導(dǎo)模場(chǎng)的泵浦光輸入端之間，所述耦合輸出鏡位于波導(dǎo)模場(chǎng)的激光輸出端處。

較佳的，上述波導(dǎo)激光介質(zhì)的截面為直角三角形，所述波導(dǎo)模場(chǎng)為l型或者v型，波導(dǎo)模場(chǎng)的泵浦光輸入端和激光輸出端分別位于直角三角形的兩條直角邊上；所述波導(dǎo)模場(chǎng)在波導(dǎo)激光介質(zhì)內(nèi)的分布路徑是：由直角三角形的一條直角邊向斜邊延伸，在斜邊處折轉(zhuǎn)后再向另一條直角邊延伸。

較佳的，上述波導(dǎo)激光介質(zhì)的截面為直角三角形，所述波導(dǎo)模場(chǎng)為u型，波導(dǎo)模場(chǎng)的泵浦光輸入端和激光輸出端均位于直角三角形的斜邊上；所述波導(dǎo)模場(chǎng)在波導(dǎo)激光介質(zhì)內(nèi)的分布路徑是：由直角三角形的斜邊向第一條直角邊延伸，在第一條直角邊處折轉(zhuǎn)后向第二條直角邊延伸，在第二條直角邊處折轉(zhuǎn)后再向斜邊延伸。

上述波導(dǎo)模場(chǎng)是在波導(dǎo)激光介質(zhì)上進(jìn)行激光光刻得到的，可以有效控制模場(chǎng)大小、功率密度，同時(shí)可以任意控制激光傳輸?shù)姆较蚣肮饴贰?/p>

上述泵浦源和耦合輸入鏡之間設(shè)置有泵浦耦合裝置，可以進(jìn)行泵浦光聚焦。

上述耦合輸入鏡對(duì)泵浦光增透，對(duì)振蕩光全反射；所述耦合輸出鏡對(duì)振蕩光的反射率為70％到95％。

上述耦合輸出鏡為可飽和吸收耦合輸出鏡或者在波導(dǎo)模場(chǎng)的激光輸出端設(shè)置有可飽和吸收體。

上述可飽和吸收體為透射式半導(dǎo)體可飽和吸收體或者是由黑磷、石墨烯、碳納米管、二硫化鎢或者二硫化鉬制成的二維材料。

本發(fā)明的有益效果在于：

(1)本發(fā)明采用帶有轉(zhuǎn)彎波導(dǎo)模場(chǎng)的波導(dǎo)激光介質(zhì)，由于波導(dǎo)模場(chǎng)的限制，使高階模比低階模損耗更多的能量，在模式競(jìng)爭(zhēng)中被削弱甚至被抑制，激光器可以輸出較好光束質(zhì)量的激光；而且轉(zhuǎn)彎波導(dǎo)模場(chǎng)結(jié)構(gòu)有助于增加波導(dǎo)激光器波導(dǎo)長(zhǎng)度的同時(shí)獲得更加緊湊的結(jié)構(gòu)，從而進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)飛秒激光光刻鎖模波導(dǎo)激光器的微型化。

(2)本發(fā)明中的轉(zhuǎn)彎波導(dǎo)模場(chǎng)是在波導(dǎo)激光介質(zhì)中通過激光光刻得到的，通過調(diào)整飛秒激光器在激光介質(zhì)中的光刻參數(shù)，可以控制轉(zhuǎn)彎波導(dǎo)模場(chǎng)的模場(chǎng)大小，從而限制了振蕩激光在可飽和吸收體上的功率密度，簡(jiǎn)化了波導(dǎo)激光器結(jié)構(gòu)的同時(shí)，避免了可飽和吸收體的損傷。

附圖說明

圖1為本發(fā)明轉(zhuǎn)彎鎖模波導(dǎo)激光器的較佳實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明l型波導(dǎo)模場(chǎng)在波導(dǎo)激光介質(zhì)中的分布示意圖。

圖3為本發(fā)明u型波導(dǎo)模場(chǎng)在波導(dǎo)激光介質(zhì)中的分布示意圖。

具體實(shí)施方式

參見圖1，本發(fā)明提供一種轉(zhuǎn)彎鎖模波導(dǎo)激光器，其較佳實(shí)施例的結(jié)構(gòu)包括泵浦源1、泵浦耦合裝置2、耦合輸入鏡3、波導(dǎo)激光介質(zhì)4、可飽和吸收體5和耦合輸出鏡6。

泵浦源1發(fā)射出的泵浦光通過泵浦耦合裝置2和耦合輸入鏡3后，進(jìn)入波導(dǎo)激光介質(zhì)4中，產(chǎn)生的振蕩光在由耦合輸入鏡3和耦合輸出鏡6構(gòu)成的諧振腔中不斷獲得增益，放置于諧振腔內(nèi)的可飽和吸收體5對(duì)振蕩光進(jìn)行調(diào)制，當(dāng)振蕩光達(dá)到諧振腔閾值后，再通過耦合輸出鏡6進(jìn)行鎖模激光輸出。耦合輸入鏡3對(duì)泵浦光增透，對(duì)振蕩光全反射；耦合輸出鏡6對(duì)振蕩光部分反射，反射率在70％到95％。

波導(dǎo)激光介質(zhì)4可以是摻稀土元素玻璃、摻稀土元素晶體、摻稀土元素陶瓷、鈦寶石等。波導(dǎo)激光介質(zhì)內(nèi)分布有轉(zhuǎn)彎的波導(dǎo)模場(chǎng)；波導(dǎo)模場(chǎng)是通過飛秒激光器在波導(dǎo)激光介質(zhì)上光刻得到的，改變光刻參數(shù)便可以控制波導(dǎo)模場(chǎng)大小，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)可飽和吸收體上功率密度的控制，獲得鎖模激光輸出的同時(shí)，避免了可飽和吸收體的損傷。

圖2為一種波導(dǎo)激光介質(zhì)，其截面為直角三角形，轉(zhuǎn)彎波導(dǎo)模場(chǎng)在波導(dǎo)激光介質(zhì)內(nèi)呈l型(或者v型)分布，轉(zhuǎn)彎波導(dǎo)模場(chǎng)的泵浦光輸入端和激光輸出端分別位于直角三角形的兩條直角邊上，其分布路徑是由直角三角形的一條直角邊向斜邊延伸，在斜邊處折轉(zhuǎn)后再向另一條直角邊延伸。

圖3為另一種波導(dǎo)激光介質(zhì)，其截面為直角三角形，轉(zhuǎn)彎波導(dǎo)模場(chǎng)在波導(dǎo)激光介質(zhì)內(nèi)呈u型分布，轉(zhuǎn)彎波導(dǎo)模場(chǎng)的泵浦光輸入端和激光輸出端均位于直角三角形的斜邊上，其分布路徑是：由直角三角形的斜邊向第一條直角邊延伸，在第一條直角邊處折轉(zhuǎn)后向第二條直角邊延伸，在第二條直角邊處折轉(zhuǎn)后再向斜邊延伸。

除了以上兩種二維平面內(nèi)的轉(zhuǎn)彎波導(dǎo)模場(chǎng)，也可以采用基于l型、v型或者u型波導(dǎo)模場(chǎng)衍生出的其它二維或者三維組合結(jié)構(gòu)。

可飽和吸收體5緊貼波導(dǎo)激光介質(zhì)4一端放置，或直接貼在波導(dǎo)激光介質(zhì)4一端。可飽和吸收體5可以是透射式半導(dǎo)體可飽和吸收體或者由黑磷、石墨烯、碳納米管、二硫化鎢、二硫化鉬等制成的二維材料。另外，也可以直接采用可飽和吸收耦合輸出鏡作為鎖模激光輸出端口。

基于全反射原理，波導(dǎo)激光介質(zhì)可將振蕩光束限制在固定模場(chǎng)大小的波導(dǎo)模場(chǎng)內(nèi)進(jìn)行傳輸，轉(zhuǎn)彎波導(dǎo)模場(chǎng)的模場(chǎng)大小可以根據(jù)所使用的可飽和吸收體飽和吸收功率密度及損傷閾值計(jì)算得出，由飛秒激光器在激光介質(zhì)中，通過光刻方式直接制備相應(yīng)模場(chǎng)大小的波導(dǎo)模場(chǎng)，該方式極大增加了光密度的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)腔內(nèi)模場(chǎng)大小及功率密度的有效控制，實(shí)現(xiàn)了鎖模激光輸出的同時(shí)，避免了可飽和吸收體的損耗，并且可以任意控制激光傳輸?shù)姆较蚣肮饴贰?/p>

技術(shù)特征：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明屬于激光器技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種轉(zhuǎn)彎鎖模波導(dǎo)激光器，包括泵浦源、諧振腔和位于諧振腔內(nèi)的波導(dǎo)激光介質(zhì)，其特征在于：所述波導(dǎo)激光介質(zhì)內(nèi)分布有轉(zhuǎn)彎的波導(dǎo)模場(chǎng)；所述諧振腔包括耦合輸入鏡和耦合輸出鏡，所述耦合輸入鏡位于泵浦源的泵浦光輸出端和波導(dǎo)模場(chǎng)的泵浦光輸入端之間，所述耦合輸出鏡位于波導(dǎo)模場(chǎng)的激光輸出端處。本發(fā)明采用帶有轉(zhuǎn)彎波導(dǎo)模場(chǎng)的波導(dǎo)激光介質(zhì)，由于波導(dǎo)模場(chǎng)的限制，使高階模比低階模損耗更多的能量，在模式競(jìng)爭(zhēng)中被削弱甚至被抑制，激光器可以輸出較好光束質(zhì)量的激光；而且轉(zhuǎn)彎波導(dǎo)模場(chǎng)結(jié)構(gòu)有助于增加波導(dǎo)激光器波導(dǎo)長(zhǎng)度的同時(shí)獲得更加緊湊的結(jié)構(gòu)，從而進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)飛秒激光光刻鎖模波導(dǎo)激光器的微型化。

技術(shù)研發(fā)人員：程光華;孫哲;呂靜
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國科學(xué)院西安光學(xué)精密機(jī)械研究所
技術(shù)研發(fā)日：2016.12.30
技術(shù)公布日：2017.08.15