[发明专利]基于单个回音壁模式光学微腔的单模微激光器及实现方法

权利要求书

1.一种基于单个回音壁模式光学微腔的单模微激光器的实现方法，其特征在于，该方法包括以下具体步骤：

步骤1：采用干法刻蚀工艺制备含增益材料的光学微腔，所述光学微腔为回音壁模式光学微腔；光学微腔的自由光谱范围至少为增益材料的谱宽的1/2；所述的增益材料为：稀土离子、量子点、有机大分子发光材料，微腔的腔体材料包括晶体、二氧化硅、硅、III-V族化合物半导体材料或氮化硅的薄膜；

步骤2：制备光纤锥

将一段标准的单模光纤的聚合物层剥去，擦干净，用氢氧焰加热光纤，同时用平移台拉伸着光纤的两端，使得光纤加热区被拉细，得到所需的光纤锥，被拉细的位置称为束腰；

步骤3：对光学微腔和光纤锥进行耦合测试，将功率大于泵浦阈值的泵浦光耦合到光纤锥中；其中泵浦阈值通过光纤锥的输出功率进行确定；具体为：首先将光纤锥的束腰贴到光学微腔的边缘，光纤锥的一端输入泵浦光，泵浦光的波长固定在增益材料吸收谱宽范围内，不断增加泵浦光的功率，泵浦光的功率大于泵浦阈值时，光纤锥的输出功率随泵浦功率线性增长，通过数据处理后，在增长曲线里的拐点处，找到泵浦阈值；

步骤4：在增益材料吸收谱宽范围内连续扫描泵浦光波长，通过CCD显微成像实时观测光学微腔，直至出现由基纵模和高阶纵模叠加构成的、具有多边形构型的复合模式，此时通过透射谱得到光学微腔出现多边形时的Q值；调节或控制光纤锥与光学微腔的横向耦合位置，使得光学微腔的基纵模的品质因子比出现多边形时的Q值低至少2倍；

步骤5：固定泵浦光波长，不断调节泵浦光的功率，直至观测到光学微腔在增益材料的吸收范围内出现由基纵模和高阶纵模叠加而成、且具有和步骤4中相同多边形几何构型的复合模式，此时泵浦光与增益材料吸收谱范围内的复合模式共振，激射光与增益材料荧光谱范围内的复合模式共振；

步骤6：将激射光从光纤锥的输出端耦合出来，用光谱分析仪测试激射光的光谱和线宽，直到获得单模、窄线宽，低阈值的激射；

步骤7：将光纤锥与光学微腔的位置固定、集成并封装，得到所述基于单个回音壁模式光学微腔的单模微激光器。

2.一种基于单个回音壁模式光学微腔的单模微激光器的实现方法，其特征在于，该方法包括以下具体步骤：

步骤1：采用干法刻蚀工艺制备含增益材料的光学微腔，所述光学微腔为回音壁模式光学微腔；光学微腔的自由光谱范围至少为增益材料的谱宽的1/2；所述的增益材料为：稀土离子、量子点、有机大分子发光材料，微腔的腔体材料包括晶体、二氧化硅、硅、III-V族化合物半导体材料或氮化硅的薄膜；

步骤2：利用光刻或干法刻蚀工艺，制备所需的光波导，使得光波导能在增益材料吸收谱宽和增益谱宽范围内能同时容纳高阶模传输且能激发微腔的高阶模；

步骤3：对光学微腔和光波导进行耦合测试，将功率大于泵浦阈值的泵浦光耦合到光波导中；其中泵浦阈值可以通过光波导的输出功率进行确定；具体为：首先将光波导靠近光学微腔的边缘，光波导的一端输入泵浦光，泵浦光的波长固定在增益材料吸收谱宽范围内，不断增加泵浦光的功率，泵浦光的功率大于泵浦阈值时，光波导的输出功率随泵浦功率线性增长，通过数据处理后，在增长曲线里的拐点处，找到泵浦阈值；

步骤4：在增益材料吸收谱宽范围内连续扫描泵浦光波长，通过CCD显微成像实时观测光学微腔直至出现由基纵模和高阶纵模叠加构成的、具有多边形构型的复合模式，此时通过透射谱得到光学微腔出现多边形时的Q值；调节或控制光波导与光学微腔的空间位置，使得光波导能在增益材料吸收谱宽和增益谱宽范围内能同时容纳高阶模传输且能激发微腔的高阶模、同时使得基纵模的品质因子比高阶模的品质因子至少低2倍；

步骤5：固定泵浦光波长，不断调节泵浦光的功率，直至观测到光学微腔在增益材料的吸收范围内出现由基纵模和高阶纵模叠加而成、且具有和步骤4中出现相同的多边形几何构型的复合模式，此时泵浦光与增益材料吸收谱范围内的复合模式共振，激射光与增益材料荧光谱范围内的复合模式共振；

步骤6：将激射光从光波导的输出端耦合出来，用光谱分析仪测试激射光的光谱和线宽，获得单模、窄线宽、低阈值的激射；

步骤7：将光波导与光学微腔的位置固定、集成并封装，得到所述基于单个回音壁模式光学微腔的单模微激光器。

3.一种权利要求1或2所述方法实现的基于单个回音壁模式光学微腔的单模微激光器。

4.根据权利要求3所述的基于单个回音壁模式光学微腔的单模微激光器，其特征在于，该单模微激光器包括：单个回音壁模式含活性材料的光学微腔及光纤锥或光波导，所述的活性材料包括稀土离子、量子点、有机大分子发光材料，微腔的腔体材料包括晶体、二氧化硅、硅、III-V族化合物半导体材料或氮化硅的薄膜，所述单模微激光器线宽至多为兆赫兹，阈值至多为一个毫瓦。