一种基于超表面结构棱镜的光学谐振腔耦合装置的制作方法

[0001]
本发明涉及一种基于超表面结构棱镜的光学谐振腔耦合装置，属于激光技术领域。


背景技术：

[0002]
光学谐振腔是指光波在其中来回反射从而提供光能反馈的空腔，是激光器的必要组成部分，通常由两块与激活介质轴线垂直的平面或凹球面反射镜构成。当光从光密介质入射到光疏介质且入射角大于临界角时，会在两种介质的交界面上发生全反射，光可以通过全反射一直被局域在光学回音壁模式微腔内，并保持稳定的行波传输模式，从而在高折射率界面产生光学回音壁模式(wgm)，此时绝大部分光能量都分布在光学wgm谐振腔的表面附近。基于光学wgm谐振腔，可以设计很多有源和无源的光子学器件，因此光学wgm谐振腔在光信息处理方面有着极大的应用前景。
[0003]
光学谐振腔对光的频率有选择性，只有在一定的谐振条件下光学谐振腔传输中的光波才能发生谐振。该条件为：当满足一定的相位匹配条件时，即光在谐振腔中传输产生的相位差为2π的整数倍时，光学wgm谐振腔中绕行的光波在腔内产生谐振，光波相互叠加增强，产生等间距分立的相干共振，从而具有了超高品质因子值的特征；光波相干叠加后产生的等间距分立的模式为微腔的本征模式，与本征模式相对应的频率被称为本征频率。基于光学wgm谐振腔只支持很少的放射模式、发散模式及方位角模式，可以实现实验的重复性以及腔模式的可控性，从而决定了基于光学wgm谐振腔理论上具有单一的工作模式。
[0004]
光学wgm谐振腔由于具有小模式体积、高能量密度和非常窄的线宽，其应用被拓展到很多全新的方向，用来实现各种高性能的光电子器件。
[0005]
为了使光学wgm谐振腔中的能量可以输入输出，需要用耦合器件如棱镜与光学wgm谐振腔进行耦合。现有的光学谐振腔耦合装置结构复杂，需要大量空间，并且操作不方便，可靠性低。
[0006]
因此为了提高光学谐振腔耦合装置的可靠性，简化现有装置的机构，需要设计一种基于超表面结构棱镜的光学谐振腔耦合装置。


技术实现要素：

[0007]
为了克服现有技术中存在的不足和缺陷，本发明的目的在于提供一种基于超表面结构棱镜的光学谐振腔耦合装置，优化了光学谐振腔耦合装置的结构，提高了光学谐振腔耦合装置的可靠性。
[0008]
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是一种基于超表面结构棱镜的光学谐振腔耦合装置，包括激光器1、超表面棱镜2、wgm晶体谐振腔3、衰减器4、光电探测器5、示波器6。其特征在于：所述激光器1通过光纤与超表面棱镜2相连，所述超表面棱镜2与wgm晶体谐振腔3进行耦合，所述的超表面棱镜2通过光纤与衰减器4相连，所述衰减器4通过光纤与光电探测器5相连，所述的光电探测器5通过光纤与示波器6相连。
[0009]
上述所述的激光器1是连续可调谐窄带激光器，其波长和输出功率均可调谐，用于发射连续单频激光信号。
[0010]
上述所述的超表面棱镜2的形状是三棱柱，具有输入面2-1、耦合面2-2、输出面2-3，所述输入面2-1和输出面2-3的表面具有准直、聚焦、偏振控制的作用。
[0011]
上述所述激光器1发射的激光在超表面棱镜3的耦合面2-2进行反射，形成反射点2-4。
[0012]
上述所述的超表面棱镜2、wgm晶体谐振腔3组成光学耦合装置，所述wgm晶体谐振腔3与超表面棱镜2上反射点2-4所在位置进行耦合。
[0013]
上述所述激光器1发射的激光在超表面棱镜2上的入射角必须大于全内反射的临界角。
[0013]
上述所述激光器1发射的激光在所述耦合装置界面处产生全内反射，并通过倏逝波的形式进入wgm晶体谐振腔3，形成光学wgm的谐振。
[0014]
上述所述的超表面棱镜2可以根据wgm晶体谐振腔3的折射率自由选取，从而实现激光在所述耦合装置界面处产生全内反射。
[0015]
上述所述的wgm晶体谐振腔3是激光光波在其中来回反射从而提供光能反馈的腔。
[0016]
上述所述的wgm晶体谐振腔3接收激光器1产生的激光，激光在wgm晶体谐振腔中以全反射形式进行循环。
[0017]
上述所述的wgm晶体谐振腔3采用金刚石单点切削技术制造，经过抛光打磨可获得高品质因子值、高稳定度的wgm谐振腔。
[0018]
本发明一种基于超表面结构棱镜的光学谐振腔耦合装置的工作原理是：
[0019]
激光器产生激光，激光进入超表面棱镜输入面，激光在耦合装置界面处产生全内反射，激光在反射点以倏逝波的形式进入wgm晶体谐振腔，然后经过多次反射后通过反射点进入超表面棱镜，通过超表面棱镜输出面进入进入衰减器再经过光电探测器，通过示波器观察分析耦合效果。必须对超表面棱镜入射角和耦合距离进行紧密调节，才能实现高效的回音壁模式耦合。
[0020]
上述所述的激光器产生红色可见光，通过红色可见光来校准光路，通过示波器6观察频谱图，从而确定是否实现回音壁模式的耦合。
[0021]
利用红光进行光路校准后，为后续的应用和封装做准备，即可更换激光波长进行测试。
[0022]
本发明一种基于超表面结构棱镜的光学谐振腔耦合装置有益效果是：本发明大大节约了目前光学谐振腔耦合装置的空间，结构简单、操作方便，可靠性高。
附图说明
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图1为本发明一种基于超表面结构棱镜的光学谐振腔耦合装置实施例示意图。
[0024]
图2为耦合装置示意图。
[0025]
图3为超表面棱镜示意图。
具体实施方式
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下面结合附图1、附图3对本发明作更进一步的说明：
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一种基于超表面结构棱镜的光学谐振腔耦合装置，包括激光器1、超表面棱镜2、wgm晶体谐振腔3、衰减器4、光电探测器5、示波器6。其特征在于：所述激光器1发射的激光通过光纤进入超表面棱镜2，激光通过所述超表面棱镜2以倏逝波的形式进入wgm晶体谐振腔3，激光再次进入所述超表面棱镜2，通过光纤进入所述衰减器4和所述光电探测器5，通过所述示波器6观察分析耦合效果。
[0028]
上述所述的超表面棱镜2的输入面2-1和输出面2-3具有均匀分布的凸起，耦合面2-2为光滑表面。
[0029]
上述所述的耦合装置的入射角度选择非常关键，激光在超表面棱镜2中的入射角度θ必须大于全内反射的临界角，因此激光在三棱镜耦合界面的入射角度必须足够大，才能形成有效的光学wgm耦合。
[0030]
上述所述的激光通过耦合装置进入光学wgm晶体谐振腔3后以倏逝波的形式存在，其在谐振腔外随着谐振器的径向距离以指数形式衰减。目前外界激光主要通过倏逝波的形式耦合进wgm晶体谐振腔3，而倏逝波通常由全内反射产生。
[0031]
上述所述的超表面棱镜2折射率n3应该大于wgm晶体谐振腔3的折射率n1，所述反射点与光学wgm谐振腔3的距离d须满足以下公式，才能形成有效的光学回音壁模式耦合。其中，λ为激光在真空中的波长，n2为空气的折射率。
[0032]
上述所述的wgm晶体谐振腔3与超表面棱镜2表面容易磨损，应尽可能地靠近但不接触，以实现有效的耦合。