光子晶体谐振腔、光子晶体激光器及其制造方法技术

本发明专利技术属于光通信和激光器技术领域，涉及一种光子晶体谐振腔、光子晶体激光器及其制造方法，具体涉及一种双频正交偏振光子晶体谐振腔和激光器及其制造方法。本发明专利技术提出了一种光子晶体谐振腔为一维光子晶体谐振腔，其包括缺陷层，其特征在于，所述的缺陷层填充有各向异性材料。优选的所述各项异性材料为单轴晶体。本发明专利技术还提供一种光子晶体激光器，所述的光子晶体激光器包括上述所述的光子晶体谐振腔，还包括增益介质Ｅｒ。本发明专利技术通过整合光子晶体和双折射激光器的优点，获得了体积小、成本低、小频差或大频差、高增益、高Ｑ值的谐振腔和激光器。

【技术实现步骤摘要】
专利说明 方法
本专利技术属于光通信和激光器
，涉及一种，具体涉及一种双频正交偏振光子晶体谐振腔和激光器及其制造方法。
技术介绍
双频激光器在光波干涉测量和光学传感等领域有着广泛的应用，常用的双频激光器基于纵向塞曼效应的He-Ne激光器。但理论和实验证明这种激光器频率差不能大于3MHz。这在计量领域中，严重限制了双频激光干涉仪的测量速度。为了解决这个问题，有科学家在普通的驻波He-Ne激光器腔内放入晶体石英，加入KD＊P电光晶体。由于双折射的原因，将产生o光和e光，且其相应的折射率不一致，从而得到频差达几十MHz、几百MHz的正交偏振激光输出。由于该类激光器都利用了双折射效应，所以称这类激光器为双折射双频激光器。但因为He-Ne激光器的增益带宽的限制，此类激光器输出最大频差也不超过1.5GHz。为了提高测量精度和速度，几十GHz，几百GHz，甚至更大的超大频差双频激光器成为研究热点。 与气体激光器相比，固体激光器的出光带宽非常宽。为了克服He-Ne激光器的增益带宽的限制，有人提出了一种大频差双折射双频Nd:YAG激光器，该激光器的制造方法在于，在激光二极管LD抽运Nd:YAG固体激光器的谐振腔内，插入一只集纵模选择与纵模分裂于一体的多功能元件一晶体石英F-P标准具。因腔内存在双折射效应，每一激光纵模分裂为两个相互正交的线偏振模，即o模和e模；同样，Nd:YAG激光增益带宽范围内标准具的唯一透射极大峰也一分为二，即分裂为o峰和e峰。使一个0模位于o峰的峰顶处，并使一个e模位于e峰的峰顶处，从而避免模式竞争，即可实现o模和e模的同时运转。 该方法具体为将厚度为0.645mm，切割角(晶体光轴与晶体表面法线间的夹角)为10°晶体石英F-P标准具，置于腔长为40mm的Nd:YAG激光谐振腔内，通过微调标准具的倾斜角，使得o模e模避免模式竞争，获得了双纵模同时振荡输出，其频差约为2GHz。 此方法的好处是在原有激光器加上F-P标准具即可。但是其缺点在于，在某些测量领域要求激光腔长很短，而腔长的不断缩短，将使得激光器受环境温度的影响增大，稳定性将变差。另外该类激光器采用F-P结构，大都不是基模谐振，效率和Q值比较低。更重要的，这类激光器体积大，结构、制备复杂和成本高是较难避免和克服的问题，这对光学器件向微型化和集成化方向发展有着很大的制约。 光子晶体是高介电常量和低介电常量介质在空间周期性排列而成的人工材料，其晶格常量与工作光波的波长为同一数量级。如果在该周期性结构中引入适当的缺陷，则会在光子晶体的禁带中产生缺陷模，形成光子晶体谐振腔。通过适当的谐振腔设计，就可以获得尺寸十分小的激光器(微米量级甚至纳米量级尺寸)和极低阈值光泵功率(微瓦功率)或无阈值的激光器。根据这个原理，有人提出了一种新型光子晶体双色谐振腔，其制造方法在于，通过在一维光子晶体中引入特定的缺陷，通过调节缺陷层的厚度和折射率大小，精确控制输出两种特定波长的光，而其它波长的光无法在该光子晶体谐振腔中形成谐振场。 将该结构作为激光器谐振腔，则可以进一步减小固体激光器的体积，而且结构简单，成本较低，利于集成化。由于尺寸的缩小，相应频差将获得较大的增大。但是将该双色谐振腔应用于激光器中，产生的双波长激光分离需要附加分离设备，不如双正交偏振激光器那样容易实现双波长的分离。另外，该双色谐振腔对双波长间隔的调节需要同时调节缺陷层的厚度和折射率两个参数，方便程度不够。更突出的问题是，该双色激光器难以获得两个带宽一致的、波长差异不大的模式，因为这样的模式中有一个是基模，另一个是高次模。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了解决上述的现有的技术中存在的不足，提出一种新的双频正交偏振光子晶体谐振腔和激光器及其制造方法。本专利技术通过整合光子晶体和双折射激光器的优点，获得了体积小、成本低、小频差或大频差、高增益、高Q值的谐振腔和激光器。 一种光子晶体谐振腔，所述光子晶体谐振腔为一维光子晶体谐振腔，其包括缺陷层，其特征在于，所述的缺陷层填充有各向异性材料。 所述的缺陷层的厚度由缺陷层中传播的o光对应的折射率和工作波长来决定，该缺陷层的厚度为使入射光通过一维光子晶体谐振腔之后形成双正交偏振缺陷模的厚度，所述缺陷层的厚度小于工作波长，在最佳情况下，其值为工作波长的1/4除以缺陷层介质的折射率。 所述的光子晶体谐振腔包括低折射率介质层、高折射率介质层，所述的低折射率介质层和高折射率介质层的厚度用于保证工作波长处在光子晶体的禁带范围内 所述工作波长为谐振腔的两个谐振波长，最佳是保证其中一个谐振波长在光子晶体的禁带区的中心，即工作波长为光子晶体的禁带中心对应的波长。 所述的缺陷层两边的低折射率介质层和高折射率介质层的周期数为2、3、4、5、6、或7。 优选的，周期数为2或3或4或5。 所述的各向异性材料包括单轴晶体。 单轴晶体和双轴晶体在本专利技术中的作用原理相同，所述的各向异性材料也可为双轴晶体。 一种如上所述的光子晶体谐振腔的制造方法，其特征在于，包括 确定所需的双频波的波长范围，对于所需的双频波的工作波长，选取低折射率介质、高折射率介质和缺陷层介质构建一维光子晶体谐振腔模型结构，并使双频波的工作波长落在光子晶体的禁带范围内； 选择低折射率介质层和高折射率介质层重复单元的周期数； 获取低折射率介质的折射率、高折射率介质折射率和缺陷层介质的o光折射率参数； 根据低折射率介质和高折射率介质的折射率以及工作波长确定低折射率介质层和高折射率介质层的厚度，保证工作波长处在禁带范围内； 根据缺陷层介质的o光折射率和工作波长确定缺陷层的厚度，形成双正交偏振缺陷模。 进一步的，所述双频波的波长中的一个工作波长为光子晶体的禁带中心对应的波长。 上述方法进一步包括 通过调节光轴偏离角度获得对双正交偏振模频差的调整。 一种包括如上所述的光子晶体谐振腔的光子晶体激光器，其特征在于，所述的缺陷层中的各向异性材料中还掺杂有激光增益介质，在1.55μm通信波段掺杂的最佳增益介质为Er。 一种如上所述的光子晶体激光器的制造方法，其特征在于，包括 确定所需的双频波的波长范围，对于所需的双频波的工作波长，选取低折射率介质、高折射率介质和缺陷层介质构建一维光子晶体谐振腔模型结构，并使双频波的工作波长落在光子晶体的禁带范围内； 选择缺陷层两边的低折射率介质层和高折射率介质层的周期层数； 获取低折射率介质折射率、高折射率介质折射率和缺陷层介质的o光折射率参数； 根据低折射率介质和高折射率介质的折射率以及工作波长确定低折射率介质和高折射率介质的厚度，保证该工作波长在禁带范围内，所述禁带范围包含增益介质的增益带宽范围； 根据缺陷层介质的o光折射率和中心波长确定缺陷层的厚度，形成双正交偏振缺陷模； 通过调节光轴偏离角度获得对双正交偏振模频差的调整； 掺杂合适的增益介质； 调节掺杂的增益介质对应的虚部值，实现双正交偏振缺陷模的等增益。 进一步的，所述双频波的波长中的一个工作波长为光子晶体的禁带中心对应的波长。 本专利技术的有益的技术效果在于， 1.在一维光子晶体中引入各向异性材料形成具有双正交偏振缺陷模的谐振腔，通过调整光轴偏离角度可随意得到所需要的频差本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光子晶体谐振腔，所述光子晶体谐振腔为一维光子晶体谐振腔，其包括缺陷层，其特征在于，所述的缺陷层填充有各向异性材料，所述缺陷层的厚度值满足工作光波在所述光子晶体谐振腔中形成双正交偏振缺陷模。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：欧阳征标，曹恩文，
申请(专利权)人：深圳大学，
类型：发明
国别省市：94[中国|深圳]