CN110277730A - 一种集成化布里渊散射激光器 - Google Patents

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Abstract

一种集成化布里渊散射激光器，该激光器沿光路依次包括一激光产生模块、一斯托克斯光信号产生模块以及一输出模块：该激光产生模块，用于产生平行光信号；该斯托克斯光信号产生模块，用于将激光产生模块产生的平行光信号转换为斯托克斯光信号，包括一第一滤光片(3)、硅基微环(4)以及一第二滤光片(5)；以及该输出模块，用于对斯托克斯光信号产生模块产生的斯托克斯光信号进行聚焦、隔离并输出。本发明提供的集成化布里渊散射激光器，采用体积更小的硅基微环代替传统光纤实现布里渊非线性效应，有效降低激光器尺寸。

Description

一种集成化布里渊散射激光器
技术领域
本发明属于半导体技术领域，特别涉及一种集成化布里渊散射激光器。
背景技术
受激布里渊散射是一种非线性效应，由于其窄带宽和低噪声的优势，越来越受到国内外研究者的关注。1991年，研究者提出窄线宽单频布里渊光纤激光器，主要是通过高非线性光纤或者较长的单模光纤实现布里渊非线性效应，例如掺杂稀土离子(如Yb3+、Er3+等)光纤、晶体光纤(如Nd：YAG单晶光纤)和普通光纤，因其结构简单线宽窄的优势，一直是研究热点。但是由于其使用光纤较长，体积较大。
光学微腔由于具有高集成度、小的模式体积和高品质因子等优点，可用来替代传统光纤作为增益媒介的激光器结构，弥补光纤对外界温度振动敏感的缺陷和为产生光纤非线性效应需要高功率泵浦的缺陷，可进一步实现高频率稳定、更窄线宽输出。
发明内容
(一)要解决的技术问题
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种集成化布里渊散射激光器，有效降低激光器的尺寸，实现小型化的集成化布里渊散射激光器。
(二)技术方案
本发明提供了一种集成化布里渊散射激光器，该激光器沿光路依次包括一激光产生模块、一斯托克斯光信号产生模块以及一输出模块，其中：
该激光产生模块，用于产生平行光信号；
该斯托克斯光信号产生模块，用于将激光产生模块产生的平行光信号转换为斯托克斯光信号，包括：
一第一滤光片3，用于对激光产生模块输出的平行光信号进行透射并输出至硅基微环4，并将由硅基微环4转换的反向传输的斯托克斯光信号反射至第二滤光片5；
一硅基微环4，用于在接收到第一滤光片3透射的平行光信号，当硅基微环4接收到的光信号的输入功率达到布里渊散射阈值时，发生布里渊散射效应，将平行光信号转换为斯托克斯光信号并反向传输至第一滤光片3；以及
一第二滤光片5，用于将由第一滤光片3反射的斯托克斯光信号反射后输出；
以及
该输出模块，用于对斯托克斯光信号产生模块产生的斯托克斯光信号进行聚焦、隔离并输出。
其中，所述激光产生模块包括：
一大功率DFB激光器1，用于发出发散的激光信号；以及
一准直透镜2，用于将所述大功率DFB激光器1发出的发散的激光信号转换为平行光信号并输出。
其中，所述输出模块包括：
一聚焦透镜6，用于聚焦由斯托克斯光信号产生模块输出的斯托克斯光信号，并传输至隔离器7；
一隔离器7，用于对接收自聚焦透镜6的斯托克斯光信号进行隔离，实现斯托克斯光信号的单向传输；以及
一准直器光纤8，用于输出单向传输的斯托克斯光信号。
在本发明的一实施例中，所述硅基微环4是在硅基二氧化硅上制作的高Q值微腔，其自由光谱范围(Free Spectral Range，FSR)为50GHz-100GHz，Q值大于105。
在本发明的一实施例中，所述第一滤光片3与所述准直透镜2转换的平行光信号之间的夹角为45°；所述第二滤光片5与所述第一滤光片3反射后的斯托克斯光信号之间的夹角为45°；且所述第一滤光片3与所述第二滤光片5的带宽为0.8nm-12nm，峰值透过率＜50％。
在本发明的一实施例中，所述大功率DFB激光器1的输出功率大于等于100mW，线宽小于等于100kHz，中心波长为1520nm-1560nm；所述准直透镜2的波长为1520nm-1560nm，焦距是0.7mm，数值孔径0.6mm；所述聚焦透镜6的波长为1520nm-1560nm，焦距是0.7mm，数值孔径0.6mm；所述隔离器7的隔离度大于30dB；所述准直器光纤8的工作距离为5mm-25mm。
(三)有益效果
从上述技术方案可以看出，本发明提供的一种集成化布里渊散射激光器，通过采用具有更小体积的硅基微环实现布里渊非线性效应，代替了传统激光器中体积较大的光纤，有效降低了激光器的尺寸，具有体积小的优点。
附图说明
为进一步说明本发明的技术内容，以下结合实施例及附图对本发明作进一步的详细说明，其中：
图1示出本发明提供的集成化布里渊散射激光器的结构示意图。
【附图标记说明】
1：大功率DFB激光器； 2：准直透镜
3：第一滤光片 4：硅基微环
5：第二滤光片 6：聚焦透镜
7：隔离器 8：准直器光纤
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
为解决由于光纤较长引起的激光器体积较大的技术问题，本发明提出了一种集成化布里渊散射激光器，结构如图1所示，其中实线为斯托克斯光信号的路径；虚线箭头为激光器发射的激光信号的路径。
参照图1可知，本发明提供了一种集成化布里渊散射激光器，该激光器沿光路依次包括一激光产生模块、一斯托克斯光信号产生模块以及一输出模块，其中：
该激光产生模块，用于产生平行光信号；
该斯托克斯光信号产生模块，用于将激光产生模块产生的平行光信号转换为斯托克斯光信号，包括：
一第一滤光片3，用于对激光产生模块输出的平行光信号进行透射并输出至硅基微环4，并将由硅基微环4转换的反向传输的斯托克斯光信号反射至第二滤光片5；
一硅基微环4，用于在接收到第一滤光片3透射的平行光信号，当硅基微环4接收到的光信号的输入功率达到布里渊散射阈值时，发生布里渊散射效应，将平行光信号转换为斯托克斯光信号并反向传输至第一滤光片3；以及
一第二滤光片5，用于将由第一滤光片3反射的斯托克斯光信号
反射后输出；
以及
该输出模块，用于对斯托克斯光信号产生模块产生的斯托克斯光信号进行聚焦、隔离并输出。
其中，激光产生模块包括：
一大功率DFB激光器1，用于发出发散的激光信号；以及
一准直透镜2，用于将大功率DFB激光器1发出的发散的激光信号转换为平行光信号并输出。
其中，输出模块包括：
一聚焦透镜6，用于聚焦由斯托克斯光信号产生模块输出的斯托克斯光信号，并传输至隔离器7；
一隔离器7，用于对接收自聚焦透镜6的斯托克斯光信号进行隔离，实现斯托克斯光信号的单向传输；以及
一准直器光纤8，用于输出单向传输的斯托克斯光信号。
在本发明的一实施例中，大功率DFB激光器1采用不对称结构，进一步提高了载流子的限制能力，增大激光器的输出功率，其输出功率大于等于100mW，线宽小于等于100kHz，中心波长为1520nm-1560nm。
在本发明的一实施例中，硅基微环4是在硅基二氧化硅上制作的高Q值微腔，其FSR为50GHz-100GHz，Q值大于105。当硅基微环4接收到的输入光信号的输入功率达到布里渊散射阈值时，硅基微环中发生受激布里渊散射效应产生较强的反向传输的斯托克斯光。在该硅基微环4中实现某种非线性效应的关键是满足相位匹配条件，微腔中所有参与非线性过程的频率需要都落在腔模上才能有效实现谐振增强，所以实现相位匹配需要一组腔模，使其频率满足能量守恒条件和模式数满足动量匹配条件。由于微腔的周期性边界条件，容易优先满足，而这恰恰与在波导实现相位匹配相反，波导中频率是连续的，能量守恒条件容易优先满足。由于硅基微环具有更小的体积，有效降低了激光器的尺寸，具有体积小的优点。
在本发明的一实施例中，准直透镜2的波长为1520nm-1560nm，焦距是0.7mm，数值孔径0.6mm；聚焦透镜6的波长为1520nm-1560nm，焦距是0.7mm，数值孔径0.6mm；隔离器7的隔离度大于30dB；准直器光纤8的工作距离为5mm-25mm。
在本发明的一实施例中，第一滤光片3与准直透镜2转换的平行光信号之间的夹角为45°；第二滤光片5与第一滤光片3反射后的斯托克斯光信号之间的夹角为45°；且第一滤光片3与第二滤光片5的带宽为0.8nm-12nm，峰值透过率＜50％。
以上所述具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (12)

1.一种集成化布里渊散射激光器，该激光器沿光路依次包括一激光产生模块、一斯托克斯光信号产生模块以及一输出模块，其中：
该激光产生模块，用于产生平行光信号；
该斯托克斯光信号产生模块，用于将激光产生模块产生的平行光信号转换为斯托克斯光信号，包括：
一第一滤光片(3)，用于对激光产生模块输出的平行光信号进行透射并输出至硅基微环(4)，并将由硅基微环(4)转换的反向传输的斯托克斯光信号反射至第二滤光片(5)；
一硅基微环(4)，用于在接收到第一滤光片(3)透射的平行光信号，当硅基微环(4)接收到的光信号的输入功率达到布里渊散射阈值时，发生布里渊散射效应，将平行光信号转换为斯托克斯光信号并反向传输至第一滤光片(3)；以及
一第二滤光片(5)，用于将由第一滤光片(3)反射的斯托克斯光信号反射后输出；
以及
该输出模块，用于对斯托克斯光信号产生模块产生的斯托克斯光信号进行聚焦、隔离并输出。
2.根据权利要求1所述激光器，其特征在于，所述硅基微环(4)是在硅基二氧化硅上制作的高Q值微腔，其自由光谱范围为50GHz-100GHz，Q值大于105。
3.根据权利要求1所述激光器，其特征在于，所述第一滤光片(3)与所述准直透镜(2)转换的平行光信号之间的夹角为45°。
4.根据权利要求1所述激光器，其特征在于，所述第二滤光片(5)与所述第一滤光片(3)反射后的斯托克斯光信号之间的夹角为45°。
5.根据权利要求1所述激光器，其特征在于，所述第一滤光片(3)的带宽为0.8nm-12nm，峰值透过率＜50％；所述第二滤光片(5)的带宽为0.8nm-12nm，峰值透过率＜50％。
6.根据权利要求1所述的激光器，其特征在于，所述激光产生模块包括：
一大功率DFB激光器(1)，用于发出发散的激光信号；以及
一准直透镜(2)，用于将所述大功率DFB激光器(1)发出的发散的激光信号转换为平行光信号并输出。
7.根据权利要求6所述的激光器，其特征在于，所述大功率DFB激光器(1)的输出功率大于等于100mW，线宽小于等于100kHz，中心波长为1520nm-1560nm。
8.根据权利要求6所述的激光器，其特征在于，所述准直透镜(2)的波长为1520nm-1560nm，焦距是0.7mm，数值孔径0.6mm。
9.根据权利要求1所述的激光器，其特征在于，所述输出模块包括：
一聚焦透镜(6)，用于聚焦由斯托克斯光信号产生模块输出的斯托克斯光信号，并传输至隔离器(7)；
一隔离器(7)，用于对接收自聚焦透镜(6)的斯托克斯光信号进行隔离，实现斯托克斯光信号的单向传输；以及
一准直器光纤(8)，用于输出单向传输的斯托克斯光信号。
10.根据权利要求9所述激光器，其特征在于，所述聚焦透镜(6)的波长为1520nm-1560nm，焦距是0.7mm，数值孔径0.6mm。
11.根据权利要求9所述激光器，其特征在于，所述隔离器(7)的隔离度大于30dB。
12.根据权利要求9所述激光器，其特征在于，所述准直器光纤(8)的工作距离为5mm-25mm。
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