[发明专利]片上集成傅里叶锁模激光器

说明书

一种片上集成傅里叶锁模激光器，包括半导体光放大器、微波光子滤波器、分束器、光隔离器和片上集成光延时线，共同形成光学环路来产生光学谐振，其中，半导体光放大器在注入电流时自发辐射光场，在光隔离器的作用下在光学环路中单向传播，通过调节微波光子滤波器中两个微环上的相位调制器，基于游标效应实现快速滤波，片上集成光延时提供光学环路所需要的延时，以满足光信号在整个光学环路中传输一圈的时间等于微波光子滤波器的扫频周期，实现傅里叶域锁模，即可通过分束器输出在傅里叶域锁模的激光信号。本发明能够使傅里叶锁模激光器也达到GHz量级，并大大缩小了傅里叶锁模激光器的体积，提高了性能。

技术领域

本发明涉及微波光子学技术领域，具体涉及一种片上集成傅里叶锁模激光器。

背景技术

傅里叶域锁模激光器由于其光谱的特性，具有很高的研究价值和实用价值，是光学相干层析成像(OCT)的光源，其在光谱学、光纤通信系统和传感技术方面也有广泛应用。傅里叶域OCT的核心技术是波长扫描光源，其成像的性能直接依赖于所用光源的性能。光源波长的扫描速度决定了成像速度。传统的傅里叶锁模激光器基于光纤制成，其体积庞大，且扫描频率最多达到几十MHz量级，而进一步提高其扫描频率对于生物OCT具有重大意义。

传统的傅里叶锁模激光器主要分为两类，一种是使用光放大器作为增益来源，通过快速调节腔内的可调F-P谐滤波器实现波长扫描的输出，但由于这种滤波器的扫描频率太低，无法和腔体的谐振频率匹配，所以每次扫描只能激活一个波长且每次都需重新建立振荡关系，所以这种只能到几十kHz量级的扫描频率；另一种是在环腔当中加入几公里的光纤延时线来降低激光器腔体的基频从而满足傅里叶锁模的条件，这种办法最多达到几十MHz量级的扫描频率。

综上，传统的傅里叶锁模激光器的体积较大，扫描频率比较低。

发明内容

针对现有技术的上述不足，本发明的主要目的在于提供一种片上集成傅里叶锁模激光器，以期至少部分地解决上述技术问题中的至少之一。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种片上集成傅里叶锁模激光器，包括半导体光放大器、微波光子滤波器、分束器、光隔离器和片上集成光延时线，所述半导体光放大器、微波光子滤波器、分束器、光隔离器和片上集成光延时线共同形成光学环路来产生光学谐振，其中，

半导体光放大器，在注入电流时自发辐射光场；

微波光子滤波器，对所述半导体光放大器的输出光进行滤波，其包括相互串联的两个微环以及所述两个微环上的相位调制器，所述两个微环的半径不同以产生游标效应，所述相位调制器上加载有周期性驱动电流以实现扫频；

分束器，对所述光学环路中的光进行分光，其中一部分光作为扫频激光输出，另一部分光留在所述光学环路中提供激光器的反馈；

光隔离器，使所述光学环路中的光单向传播来保证形成光学谐振；

片上集成光延时线，提供所述光学环路所需要的延时，以满足光信号在整个光学环路中传输一圈的时间等于微波光子滤波器的扫频周期，从而实现傅里叶域锁模。

其中，所述两个微环的输入端与输出端分别设置有光耦合器，所述光耦合器具有分光作用。

其中，所述光耦合器为基于倏逝波耦合的定向耦合器或基于多模干涉效应的多模干涉耦合器。

其中，所述相位调制器的材料为基于载流子色散效应、热效应或量子斯塔克效应能改变有效折射率。

其中，每个微环上配置有两个相位调制器，以加宽谐振波长的调谐范围。

其中，所述两个微环中相位调制器的总长度和环长比例相等，来实现一个周期内谐振波长的准连续调节。

其中，所述光隔离器是基于铁磁材料或非线性效应的光学隔离器。