倏逝波激勵及增益耦合的多波段回音壁模式光纖激光器，屬于用軸向或近軸向倏逝波激勵增益，激光增益通過由光纖截面構成的圓形諧振腔中回音壁模式的倏逝波耦合進入圓形諧振腔，并在腔內回音壁模式提供的光學反饋支持下產生激光振蕩。這種光纖激光器，由于激光增益分布和諧振腔中回音壁模式的倏逝場在空間理想重疊，具有較高的光抽運效率和沿光纖軸向較長的增益長度。在光纖軸向分段填入不同的激光增益介質，可以在一根光纖中同時產生不同波長范圍的回音壁模式激光輻射，這種多波段的光纖激光器在激光全色顯示和微型光電子器件集成領域有應用價值。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于激光及波導光學
，涉及用光抽運方式，通過抽運光的倏逝波激勵增益、 回音壁模式的倏逝場耦合增益，在一根光纖中同時產生不同波長范圍的回音壁模式激光輻射。
技術介紹
以高品質因素(Q值)的回音壁模式為特點光學微腔，在低閾值和超低閾值的微腔 激光研究和應用中受到高度重視。傳統的球形和圓柱形回音壁模式微腔激光器，腔 體本身就是增益介質，由于增益介質在抽運過程中的熱致折射率變化和電致伸縮 等效應，增益介質和腔體合二為一的結構特性不利于腔體的穩定性。韓國人Moon等人于2000 年用石英光纖構成圓柱形微腔，將光纖插入含有激光染料溶液的石英套管中實現了微腔腔體和 增益介質的分離(H. J. Moon, Y. T. Chough and L W. An. —Cylindrical microcavity laser based on the evanescent-wave—coupled gain ， Ze〃. 2000, 85 (15):3161-3164)。在YAG脈沖激光的抽運下，染料介質的增益通過微腔回音壁模式的倏逝場耦合 進入腔內，并在微腔回音壁模式的支持下形成激光振蕩(H. J. Moon， Y. T. Chough and J. B. Kim a/.. Cavity-Q-driven spectral shift in a cylindrical whispering Gallery-mode microcavity laser , J/ / /, Ze〃. 2000 ，76 (25): 3679~3681; H. J. Moon, C. W.Park, S. B. Lee a/.. Waveguide mode lasing via evanescent— wave—coupled gain from a thin cylindrical shell resonator ，銣/. Ze". 2004， 84 (22): 4547~4549 )。然而，采用Moon等人的側向光抽運方式，抽運光須經過外層染料吸收后才能激發處于微 腔回音壁模式的倏逝場內的染料分子，倏逝場外的染料分子徒然損耗了抽運光能量，增大了產 生回音壁模式激光的抽運閾值，使這種微腔回音壁模式的激光抽運閾值達到200 pj。 為提高抽運效率，我們把側向光抽運改造為沿石英毛細管管壁的近軸向消逝波光抽運 (江楠，王東林，普小云，消逝波激勵及增益耦合的柱形微腔回音廊模激光輻射, ^庫激^， 2007, 34 (7): 920~923),由此，將回音壁才莫式激光的抽運閾值從側向光抽運方式的200 降低到了近軸向光抽運方式的9. 5 pJ。采用近軸向的消逝波光抽運方式，抽運光 在圓柱形微腔界面外的消逝場激勵產生染料增益，由于染料的增益分布和微腔WGM 的消逝場在空間理想重疊，有效地提高了抽運效率，并使WGM激光沿微腔軸向具有較 長的增益長度。本專利技術用單一折射率的光纖構成圓柱形微腔，利用回音壁模式激光沿光纖軸向的增益長度， 在光纖的軸向分段填入不同的激光增益介質，在一根光纖中同時產生不同波長范圍的回音壁 模式激光輻射，形成一種新型的光纖激光器—倏逝波激勵及增益耦合的多波段回音壁才莫式光 纖激光器。"回音壁模式"和"倏逝波"的概念有不同的中文翻譯，在以下術語中，"回音壁模式"的 英文是"Whispering Gallery Mode",簡稱WGM;"倏逝波"的英文是"Evanescent Wave"。 如有用詞含混，以英文詞意為準。
技術實現思路
本專利技術旨在提供一種多波段的回音壁模式光纖激光器，這種回音壁模式光纖激光器具有較 高的光抽運效率和沿光纖軸向較長的增益長度，在光纖軸向分段填入不同的激光增益介質后， 可以在一;f艮光纖中同時產生不同波長范圍的回音壁;f莫式激光輻射。本專利技術通過以下方式實現A.將單一折射率(/2,)的光纖外層涂敷上低折射率(/ 2)的增益包層介質后構成圓柱形樹:腔，/ ,>/22 ,增益包層介質可以是激光染料分子溶入有機或無機溶劑后形成的溶液，也可以是含 有激光增益物質的聚合物或其它形式的化合物。B. 采用沿光纖軸向或近軸向的光抽運方式，通過控制抽運光進入光纖端面的入射角 度，使得抽運光在光纖中以全反射方式傳播。C. 由抽運光在低折射率(/ 2)的增益包層介質中的倏逝波激勵產生激光增益，圓柱形 微腔回音壁模式倏逝場中的光子在增益介質中產生受激輻射光子，回音壁模式的倏逝場再將受 激輻射光耦合進入圓柱形微腔，在圓柱形微腔回音壁模式提供的光學反饋支持下形成激光振蕩， 激光輻射方向沿光纖邊緣并且垂直于光纖軸向。D. 在光纖外層分段涂敷上不同的增益包層介質，由抽運光的倏逝波激勵增益、圓柱形 微腔回音壁模式的倏逝場耦合增益條件下，同時形成多個波段的激光振蕩和多個波段的回音壁 ^t式激光輻射。F. 用下述計算方法，通過選擇適當的回音壁模式光纖激光器參數，使激光增益場的分 布和圓柱形微腔回音壁;f莫式倏逝場的分布在空間理想重疊。F-l. 圓柱形微腔回音壁模式倏逝場的空間分布計算<formula>formula see original document page 4</formula>式中，A(TM波)或乾(TE波)表示圓柱形微腔回音壁模式的軸向電場或磁場；"為徑向模式數和角模式數分別是/和/7均為正整數的真空中的波矢數值；人和i/;;"分別是第一類和第三類Bessel函數；5是常數；z ,和/72分別是光纖和增益包層的折射率，/ )化；a是光纖的半徑； F-2.抽運光倏逝場的空間分布計算(說明在軸向抽運條件下，激光增益由抽運光在光 纖界面外的倏逝場激勵產生，增益場的空間分布就是抽運光倏逝場的空間分布)/p(rW。exp(-2W. (3)式中，*=2加2從為抽運光在染料介質中的波矢數值；人是抽運光的波長；p =V"f sin2(《/2)/&2 -1是倏逝場沿徑向的衰減系數；通過(1)-(3)式選擇適當的# a， a, / 2,義和P i，使激光增益場的分布和圓柱形微腔回 音壁模式倏逝場的分布在空間理想重疊。下面結合專利技術原理示意i說明本專利技術的實現方式。抽運光i以端面入射角(e;)小于光線在增益包層5、 6、 7界面發生全反射時需要的角度(ej沿光纖軸向進入單一折射率光纖 2,抽運光1在增益包層5、 6、 7中的倏逝場3激勵包層介質產生增益，圓柱形微腔回音壁模式 的倏逝場4中的光子在增益包層5、 6、 7中產生受激輻射，并將受激輻射光耦合進入由單一折 射率的光纖2構成的圓柱形微腔，在圓柱形微腔回音壁模式的支持下，形成三個波段的激光振 蕩和對應的三個波段的回音壁模式激光輻射8、 9、 10。 與傳統的光纖激光器比較，本專利技術具有如下積極效果(1) 傳統的光纖激光器屬于法布里-珀羅腔型激光器，激光沿光纖軸向輻射。然而，回音壁模式光纖激光器的激光沿垂直于光纖軸的方向輻射，這種特殊的輻射方向適用于對激光輻射 方向有特殊要求的應用場所。(2) 傳統光纖激光器的光學反饋，主務限靠光纖端面對光波的反射來實現。然而，回音壁 模式光纖激光器的光學反饋，依靠光波在光纖界面上的全反射來實現，光能本文檔來自技高網...
【技術保護點】
倏逝波激勵及增益耦合的多波段回音壁模式光纖激光器，其特征是：Ａ．將單一折射率（ｎ↓［１］）的光纖外層涂敷上低折射率（ｎ↓［２］）的增益包層介質后構成圓柱形微腔，ｎ↓［１］＞ｎ↓［２］；Ｂ．采用沿光纖軸向或近軸向的光抽運方式， 通過控制抽運光進入光纖端面的入射角度，使得抽運光在光纖中以全反射方式傳播；Ｃ．由抽運光（１）在低折射率（ｎ↓［２］）的增益包層介質中的倏逝波激勵產生激光增益，圓柱形微腔回音壁模式倏逝場中的光子在增益介質中產生受激輻射光子，回音壁模式 的倏逝場再將受激輻射光耦合進入圓柱形微腔，在圓柱形微腔回音壁模式提供的光學反饋支持下形成激光振蕩，激光輻射方向沿光纖邊緣并且垂直于光纖軸向；Ｄ．在光纖外層分段涂敷上不同的增益包層介質，由抽運光的倏逝波激勵增益、圓柱形微腔回音壁模式的 倏逝場耦合增益條件下，同時形成多個波段的激光振蕩和多個波段的回音壁模式激光輻射。
【技術特征摘要】
【專利技術屬性】
技術研發人員：普小云，江楠，白然，向文麗，張遠憲，韓德昱，
申請(專利權)人：云南大學，
類型：發明
國別省市：53[中國|云南]
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