光学谐振器、光学谐振器的制造方法及其应用技术

一种光学谐振器(100)，包括具有光轴(OA)并在两个波导端面(11)之间以纵向长度延伸的光波导器件(10)，布置用于包围光波导器件(10)的谐振器部分(14)的谐振器反射镜(13)，以及具有两个套圈面(21)的套圈(20)，其中，光波导器件(10)安装在套圈(20)上，并且套圈(20)沿着光波导器件(10)的整个纵向长度延伸。此外，描述了包括光学谐振器(100)的光学装置(200)和制造光学谐振器(100)的方法。

Manufacturing Method and Application of Optical Resonator and Optical Resonator

An optical resonator (100) includes an optical waveguide device (10) having an optical axis (OA) and extending longitudinally between two waveguide end faces (11), a resonator mirror (13) arranged to surround the resonator portion (14) of the optical waveguide device (10), and a ring (20) having two ring faces (21), wherein the optical waveguide device (10) is mounted on the ring (20) and the ring (20) is along the optical waveguide. The entire longitudinal length of the device (10) extends. In addition, an optical device (200) including an optical resonator (100) and a method of manufacturing an optical resonator (100) are described.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】光学谐振器、光学谐振器的制造方法及其应用
本专利技术涉及一种光学谐振器，该光学谐振器包括安装到套圈上的光波导，例如光纤。此外，本专利技术涉及包括光学谐振器的光学装置、制造光学谐振器的方法和光学谐振器的应用。本专利技术可应用于线性或非线性、有源或无源激光光学领域，特别是用于宽带光频率产生、光脉冲产生、超低噪声微波产生、光谱学、脉冲或连续波激光或激光频率稳定化。
技术介绍
光学谐振器，特别是光学微谐振器，通常被认为是一个快速发展的技术平台，具有从基础物理到如光谱学、低噪声微波产生和光学数据传输这些应用的广泛应用。存在不同的谐振器几何形状，包括法布里-珀罗(Fabry-Perot)型谐振器，其中光在两个谐振器反射镜之间来回反射，或者行波谐振器，特别是环形谐振器，其中光沿由全部离开谐振壁的内部反射引导的闭合轨迹传播。法布里-珀罗谐振器和环形谐振器都已结合连续波(cw)或脉冲激光源以各种配置应用于线性和非线性光学工作模式。如果光谐振器包括有源增益材料，则也获得了有源激光。设计和操作多种光学谐振器，特别是微谐振器，在光(光耦合)的输入和输出耦合、色散控制、模式设计和非谐振(或非耦合)输入抑制方面面临若干重大挑战。特别地，环形谐振器使用光耦合，例如通过锥形光纤、微光子波导或棱镜耦合器。然而，这些光耦合方法在机械上是脆弱的或低效的。此外，棱镜耦合器在波长方面通常不是宽带。利用法布里-珀罗谐振器，如同在多个谐振器反射镜中的一个镜处完成一样促进了光耦合，例如通过将谐振器耦合到相邻的自由空间或波导。光群速度色散(GVD)是光学谐振器的另一个重要特性，特别是对于非线性光学工作模式，而且对于线性谐振器也是如此。色散工程，即提供适合于光学谐振器的特定应用的GVD，具有在不令人满意和限制性的限制内的挑战性。影响GVD的相关设计参数是光学谐振器的材料和其几何形状。然而，这些参数，特别是材料特性，不能自由选择，并且这些参数还影响谐振器中高阶模态的存在。因此，在激光工程中，通过啁啾布拉格反射镜实现光学微谐振器的真正色散工程至今尚未得到证实。光学谐振器的模式设计通常旨在为光学谐振器中正确选择的偏振仅提供一个单模(或单模族)。法布里-珀罗谐振腔获得多个单模特性，而在其他类型的微腔中很难实现多个单模特性。法布里-珀罗谐振器对于非谐振输入抑制也是优选的，如果用一面镜用于作为输入而另一面镜用于作为输出耦合，则可以实现非谐振输入抑制。鉴于上述在光耦合、模式设计和抑制非谐振输入方面的挑战，已经提出了基于光纤的多个法布里-珀罗谐振器(参见例如美国US2005/063430A、美国US5305335A、美国US5425039A、WO2009/064935A2、德国DE3311808A、美国US2012/307251A和D.Braje等人在《物理评论快报》(PhysicalReviewLetters)，第102卷,193902期，2009年发表的。D.Braje等人公开了一种基于光纤的微谐振器100’，其在图7(现有技术)中示意性示出。所述光学谐振器100’包括长度为几厘米的光纤10’，其中，所述光纤两端被安装到单独的光纤套圈20’中。套圈20’的端面21’涂敷反射涂层从而提供多个谐振器反射镜13’。光通过其中一个谐振器反射镜13’耦合到并离开光学谐振器100’中，此后耦合到相邻的自由空间中。具有光纤10’的谐振器反射镜13’的单片设置对于简化器件的制造具有优势。然而，D.Braje等人描述的光谐振器100’有几个缺点。首先，提供用于安装光纤10’末端的两个单独的套圈20’导致机械上柔性和易碎的系统。在工作过程中，套圈20’之间的柔性纤维部分容易由于声噪声、机械振动和温度变化而受到干扰。此外，几厘米的较长光学长度可能导致光学谐振器100’中发生多个非线性效应的不受控制的混合，例如通过四波混频和同时受激的布里渊散射。此外，D.Braje等人的长纤维谐振器作为独立元件集成在光学系统中，其中用于驱动谐振器的激光器使用透镜从自由空间光束耦合。这种自由空间耦合对机械扰动高度敏感，难以在工业系统中实现。最后，D.Braje等人的光学谐振器100’具有色散,这完全取决于光纤10’的色散。因此，分散工程仅限于纤维材料的选择。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种改进的光学谐振器，能够避免传统光学谐振器的缺点。特别地，本专利技术的目的是提供一种光学谐振器，特别是法布里-珀罗谐振器，其具有改进的机械稳定性、改进的光耦合能力、色散工程中的附加自由度、便利的模式设计，特别是单模设计，和/或减少不受控制的非线性效应。本专利技术的另一个目的是提供一种改进的光学装置，包括至少一个光学谐振器，避免包括传统光学谐振器的光学装置的缺点。此外，本专利技术的目的在于提供一种制造光学谐振器的改进方法，避免传统制造光学谐振器的方法的限制。这些目标通过光学谐振器、光学装置和/或制造独立权利要求中定义的光学谐振器的方法解决。本专利技术的多个优选实施例和应用在从属权利要求中被定义。根据本专利技术的第一总体方面，上述目的通过光学谐振器来解决，所述光学谐振器包括具有多个谐振器反射镜并被安装到套圈的光波导。根据本专利技术，套圈容纳光波导的全长。有利地，所述光学谐振器包括仅保持完整光波导的单个套圈，从而与D.Braje等人的传统技术相比，机械稳定性和鲁棒性显著提高，并且降低了对声噪声的灵敏度。光波导通常包括具有细长形状并能够引导光场的固体材料。波导材料是透明材料，例如熔融二氧化硅、或氟化物玻璃或晶体，适于将光从套圈的一端引导到另一端。可选地，波导材料可以提供光学非线性和/或光学增益。在后一种情况下，光学谐振器是激光谐振器。光波导以线性光轴在两个波导端面之间延伸。所述光波导的横向表面相对于所述光轴朝向径向，提供横向波导表面。根据本专利技术，单套圈沿着光波导的整个纵向长度，即沿着横向波导面的长度延伸，特别是从一个波导端面延伸到另一个波导端面。除了两个波导端面外，光波导被套圈完全覆盖。谐振器反射镜包括设置在光波导处的反射结构，其中光波导的谐振器部分被多个谐振器反射镜包围。具有谐振器部分的多个谐振器反射镜形成光学腔，该光学腔取决于波导的几何形状和波导材料而具有特定的谐振波导特性。套圈(或：套圈连接器，特别是纤维套圈)通常包括刚性套筒或管状组件，该刚性套筒或管状组件容纳光波导，特别是光纤，并为连接目的提供波导的终端。套圈提供支撑整个光波导的机械结构。套圈具有接收待容纳波导的外形的内部形状和适合光学连接器(插座连接器，特别是套圈连接套管)的内部形状的外部形状，特别是圆柱形。换言之，套圈是光波导连接器，其被配置为将光波导与另一光波导或诸如激光器、光检测器或自由空间光学装置或其连接器之类的有源或无源光学元件连接。优选地，套圈是连接器组件，其适合于在光波导设置中使用的标准化连接器，特别是用于光波导的实际标准或多种工业套圈类型。与传统套圈相反，包括光波导的本专利技术光学谐振器的套圈终止并且可以适于在其两端作为连接器。优选地，在与光轴正交的尺寸中的套圈尺寸小于或等于5mm。特别地，套圈可以是外径小于或等于5mm的圆柱形。作为特殊情况，纤维套圈可以是圆柱形的，其外径根据实际标准的纤维套圈或工业纤维套圈类型，例如根据纤维套圈类型FSMA、SMA905/906、SMC、E-本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.光学谐振器(100)，包括：光波导器件(10)，具有光轴(OA)，并且以纵向长度在两个波导端面(11)之间延伸，谐振器反射镜(13)，其被布置成包围光波导器件(10)的谐振器部分(14)，以及具有两个套圈面(21)的套圈(20)，其中光波导器件(10)安装在所述套圈(20)上，其特征在于套圈(20)沿光波导器件(10)的整个纵向长度延伸。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.光学谐振器(100)，包括：光波导器件(10)，具有光轴(OA)，并且以纵向长度在两个波导端面(11)之间延伸，谐振器反射镜(13)，其被布置成包围光波导器件(10)的谐振器部分(14)，以及具有两个套圈面(21)的套圈(20)，其中光波导器件(10)安装在所述套圈(20)上，其特征在于套圈(20)沿光波导器件(10)的整个纵向长度延伸。2.根据权利要求1所述的光学谐振器，其中谐振器反射镜(13)布置在波导端面(11)上。3.根据权利要求2所述的光学谐振器，其中波导端面(11)与套圈面(21)对准。4.根据权利要求2所述的光学谐振器，其中波导端面(11)和谐振器反射镜(13)突出在套圈面(21)之外。5.根据权利要求3或4所述的光学谐振器，其中谐振器反射镜(13)至少部分地覆盖套圈面(21)。6.根据权利要求2所述的光学谐振器，其中谐振器反射镜(13)的暴露表面与套圈面(21)对准。7.根据权利要求2至6中任一项所述的光学谐振器，其中谐振器反射镜(13)包括电介质反射镜，每个电介质反射镜具有电介质层(15)堆栈。8.根据权利要求7所述的光学谐振器，其中所述电介质层堆栈中的至少一个电介质层(15)具有多个可变的厚度，其中选择电介质层(15)的厚度以调整光学谐振器(100)的群速度色散。9.根据权利要求6或7所述的光学谐振器，其中电介质反射镜被布置成使得较不敏感的电介质层暴露在光学谐振器的外端。10.根据权利要求1所述的光学谐振器，其中谐振器反射镜(13)包括含在光波导器件(10)中的布拉格反射器结构。11.根据权利要求10所述的光学谐振器，其中布拉格反射器结构的暴露端与套圈面(21)对准。12.根据前述权利要求之一所述的光学谐振器，其中谐振器反射镜(13)被布置成使得其反射表面至少在波导端面(11)的中心与光波导器件(10)的光轴(OA)正交。13.根据前述权利要求之一所述的光学谐振器，其中谐振器反射镜(13)是曲面反射镜，其曲率被选择用于优化光场到光波导器件(10)中的后向反射。14.根据权利要求13所述的光学谐振器，其中至少一个谐振器反射镜(13)具有选择的曲率半径，使得其补偿离开光波导器件(10)的光场的衍射相关光束扩展。15.根据前述权利要求之一所述的光学谐振器，其中至少一个谐振器反射镜(13)是半透明反射镜。16.根据前述权利要求之一所述的光学谐振器，其中光波导器件(10)被配置为具有波导芯和波导包层的单模光波导。17.根据权利要求16所述的光学谐振器，其中光波导器件(10)具有与光学单模光纤的纤芯直径相适应的纤芯直径的波导纤芯。18.根据权利要求16或17所述的光学谐振器，其中光波导器件(10)的外径等于或低于125μm，模场直径等于或低于10μm。19.根据前述权利要求之一所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：托比亚斯·赫尔，史蒂夫·勒科米特，
申请(专利权)人：瑞士CSEM电子显微技术研发中心，
类型：发明
国别省市：瑞士,CH