本發(fā)明涉及激光，尤其涉及一種基于分立式回音壁微腔的激光器和模式鎖定方法。
背景技術(shù)：
1、近年來，通過外腔自注入鎖定來壓窄半導體激光器線寬，由此獲得窄線寬激光的方式獲得研究者的廣泛關(guān)注。
2、在各種類型的外腔中，回音壁模式(whispering-gallery-mode，wgm)光學諧振腔具有極高的品質(zhì)因子(q值)，因而應(yīng)用于自注入鎖定時能夠獲得非常好的線寬壓窄效果。特別地，相比于集成化wgm腔，分立式wgm腔具備目前世界上最高記錄的品質(zhì)因子，擁有非常好的線寬壓縮效果和模式選擇性能。對于分立式wgm腔，一般要通過倏逝波將半導體激光耦合進wgm腔，具體方式主要有兩種：一是通過棱鏡界面上的全反射產(chǎn)生倏逝波，二是借助錐形光纖錐區(qū)的光場泄漏。通過棱鏡耦合需要高精度的微組裝技術(shù)，提高了自注入鎖定激光器的成本，而且收集輸出光時需要嚴格的模場匹配，否則會導致功率丟失。而通過光纖錐耦合一般會導致反饋光的光程更長，加上光纖錐本身的脆弱性，更易受到環(huán)境擾動的影響，導致鎖定的穩(wěn)定性很差。并且光纖和棱鏡兩種耦合方式都無法與半導體激光芯片原有的端面發(fā)射的輸出方式兼容，需要通過多個輸出、輸入透鏡進行準直，增大了系統(tǒng)復雜度，不利于集成。
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、本發(fā)明實施例提供了一種基于分立式回音壁微腔的激光器和模式鎖定方法，基于分立式回音壁微腔設(shè)計相應(yīng)結(jié)構(gòu)，解決了外腔模塊和激光器芯片的精準耦合問題，通過實現(xiàn)模塊化設(shè)計使得該激光器易于組裝和部署，而且使拉錐光纖組和回音壁模式諧振腔受外界擾動的影響較小，而且在激光器運行時可以通過相位調(diào)制器進行反饋調(diào)節(jié)，保證激光器的輸出穩(wěn)定。
2、第一方面，本發(fā)明實施例提供了一種基于分立式回音壁微腔的激光器，包括泵浦源、諧振腔封裝模塊和反饋控制模塊；
3、泵浦源用于輸出泵浦光束；
4、諧振腔封裝模塊的輸入端與泵浦源的輸出端耦合；
5、諧振腔封裝模塊包括封裝于殼體內(nèi)的拉錐光纖組、相位調(diào)制器和回音壁模式諧振腔，相位調(diào)制器用于調(diào)節(jié)泵浦源與回音壁模式諧振腔之間的光程；
6、拉錐光纖組與回音壁模式諧振腔以固定距離耦合，拉錐光纖組用于傳輸泵浦光束，拉錐光纖組包括第一端和第二端，第一端為諧振腔封裝模塊的輸入端，第二端為諧振腔封裝模塊的輸出端；
7、泵浦光束通過拉錐光纖組耦合至回音壁模式諧振腔后，回音壁模式諧振腔用于將部分泵浦光束返回至泵浦源中產(chǎn)生自注入鎖定效應(yīng)；
8、反饋控制模塊分別與泵浦源和相位調(diào)制器電連接，反饋控制模塊用于根據(jù)諧振腔封裝模塊輸出的激光功率，調(diào)節(jié)泵浦源與諧振腔封裝模塊之間的光程、泵浦源的驅(qū)動電流和泵浦源的工作溫度，以使激光頻率鎖定在回音壁模式諧振腔的諧振模式上。
9、可選地，反饋控制模塊包括分束器、探測器和控制單元；
10、分束器的輸入端與諧振腔封裝模塊的輸出端耦合，分束器包括第一輸出端和第二輸出端，分束器用于將諧振腔封裝模塊輸出的激光光束分為第一信號光和第二信號光，分束器的第一輸出端用于輸出第一信號光，分束器的第二輸出端用于輸出第二信號光；
11、探測器與分束器的第二輸出端耦合，探測器與控制單元通信連接，探測器用于接收第二信號光，控制單元根據(jù)探測器獲得的信號確定第二信號光的功率；
12、控制單元分別與泵浦源和相位調(diào)制器電連接，控制單元用于根據(jù)功率調(diào)節(jié)泵浦源與諧振腔封裝模塊之間的光程、泵浦源的驅(qū)動電流和泵浦源的工作溫度，以使諧振腔封裝模塊輸出預(yù)設(shè)模式的激光光束。
13、可選地，激光器還包括隔離器，隔離器的輸入端與諧振腔封裝模塊的輸出端耦合，隔離器用于使激光光束單向傳輸。
14、可選地，拉錐光纖組包括第一拉錐光纖，第一拉錐光纖包括第三端和第四端，第三端為諧振腔封裝模塊的輸入端，第四端為諧振腔封裝模塊的輸出端。
15、可選地，拉錐光纖組包括位于回音壁模式諧振腔兩側(cè)平行設(shè)置的第一拉錐光纖和第二拉錐光纖，第一拉錐光纖和第二拉錐光纖均與回音壁模式諧振腔耦合，第一拉錐光纖包括第三端和第四端，第二拉錐光纖包括第五端和第六端，第三端為諧振腔封裝模塊的輸入端，第五端為諧振腔封裝模塊的輸出端。
16、可選地，相位調(diào)制器包括溫度控制器，諧振腔封裝模塊還包括光纖夾具；
17、光纖夾具用于夾持拉錐光纖組，并作為溫度控制器與拉錐光纖組的溫度傳導介質(zhì)；
18、溫度控制器用于通過光纖夾具改變拉錐光纖組的溫度，以改變泵浦源與回音壁模式諧振腔之間的光程。
19、第二方面，本發(fā)明實施例提供了一種模式鎖定方法，適用于本發(fā)明任一實施例提供的激光器，模式鎖定方法包括：
20、啟動激光器，記錄此時激光器的輸出功率；
21、控制相位調(diào)制器改變泵浦源與回音壁模式諧振腔之間的光程，每改變一次光程，都以恒定的速度將泵浦源的工作溫度從工作溫度變化下限至工作溫度變化上限，記錄每個光程下激光器輸出的功率隨泵浦源的工作溫度變化的波形；
22、調(diào)整光程為激光器輸出功率最低時的光程，調(diào)整泵浦源的工作溫度，直至激光器的輸出功率小于閾值功率，以實現(xiàn)模式鎖定。
23、可選地，直至激光器的輸出功率小于閾值功率，之后，還包括：
24、若泵浦源的工作溫度達到工作溫度變化上限后，激光器的輸出功率依舊大于或等于閾值功率，則改變光程和泵浦源的工作溫度的調(diào)整范圍后，重復執(zhí)行模式鎖定方法。
25、可選地，直至激光器的輸出功率小于閾值功率，之后，還包括：
26、每隔δt記錄所述激光器的輸出功率，當激光器的輸出功率大于或等于閾值功率時，通過自適應(yīng)補償算法，調(diào)節(jié)相位調(diào)制器改變光程，直至激光器的輸出功率小于閾值功率。
27、可選地，實現(xiàn)模式鎖定，包括：
28、激光器的輸出模式的線寬小于或等于閾值線寬。
29、本發(fā)明實施例提供的激光器，通過將拉錐光纖組和回音壁模式諧振腔封裝于諧振腔封裝模塊內(nèi)，基于分立式回音壁微腔設(shè)計相應(yīng)結(jié)構(gòu)，解決了外腔模塊和激光器芯片的精準耦合問題，通過實現(xiàn)模塊化設(shè)計使得該激光器易于組裝和部署，而且使拉錐光纖組和回音壁模式諧振腔受外界擾動的影響較??；此外，通過在諧振腔封裝模塊中加裝相位調(diào)制器，引入了可調(diào)的相位延遲參數(shù)，使得在激光器運行時可以進行反饋調(diào)節(jié)，保證激光器的輸出穩(wěn)定。
30、應(yīng)當理解，本部分所描述的內(nèi)容并非旨在標識本發(fā)明的實施例的關(guān)鍵或重要特征，也不用于限制本發(fā)明的范圍。本發(fā)明的其它特征將通過以下的說明書而變得容易理解。
1.一種基于分立式回音壁微腔的激光器，其特征在于，包括泵浦源、諧振腔封裝模塊和反饋控制模塊；
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光器，其特征在于，所述反饋控制模塊包括分束器、探測器和控制單元；
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光器，其特征在于，還包括隔離器，所述隔離器的輸入端與所述諧振腔封裝模塊的輸出端耦合，所述隔離器用于使激光光束單向傳輸。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光器，其特征在于，所述拉錐光纖組包括第一拉錐光纖，所述第一拉錐光纖包括第三端和第四端，所述第三端為所述諧振腔封裝模塊的輸入端，所述第四端為所述諧振腔封裝模塊的輸出端。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光器，其特征在于，所述拉錐光纖組包括位于所述回音壁模式諧振腔兩側(cè)平行設(shè)置的第一拉錐光纖和第二拉錐光纖，所述第一拉錐光纖和所述第二拉錐光纖均與所述回音壁模式諧振腔耦合，所述第一拉錐光纖包括第三端和第四端，所述第二拉錐光纖包括第五端和第六端，所述第三端為所述諧振腔封裝模塊的輸入端，所述第五端為所述諧振腔封裝模塊的輸出端。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光器，其特征在于，所述相位調(diào)制器包括溫度控制器，所述諧振腔封裝模塊還包括光纖夾具；
7.一種模式鎖定方法，其特征在于，適用于如權(quán)利要求1-6任一項所述的激光器，所述模式鎖定方法包括：
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的模式鎖定方法，其特征在于，直至所述激光器的輸出功率小于閾值功率，之后，還包括：
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的模式鎖定方法，其特征在于，直至所述激光器的輸出功率小于閾值功率，之后，還包括：
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的模式鎖定方法，其特征在于，實現(xiàn)模式鎖定，包括：