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近年来,消逝波增益耦合的圆形微腔激光器,由于其增益介质与谐振腔分离的特性,倍受关注。这一类激光器通常采用侧向光泵浦的激励方式,存在泵浦效率低、激光阈值高和回音壁模式(WGM)激光仅出现在直接泵浦区域的问题。为了解决以上问题,我们采用沿光纤轴向光泵浦方式,实现了消逝波激励的WGM沿光纤轴向较长距离内的激光辐射。然而不论是侧向还是轴向光抽运方式,通常的圆形微腔产生的自由光谱范围都比较狭窄,从而导致多种模式存在的激光辐射。为了扩大WGM光纤激光器的自由光谱,我们将两根不同直径的光纤沿其轴向平行的绑在一起构成一对耦合非对称微腔结构。由于维纳效应,只有当两腔均在同一频率共振时,激光辐射才能出现,并且这对耦合微腔的自由光谱范围被扩大了许多。本文的具体研究工作为以下几个方面:
(1)分别采用圆柱形微腔的WGM模式共振峰位置的解析近似公式的一级近似和二级近似及圆柱形微腔的WGM模式“模场半径”三种方法计算出圆柱腔的直径,并将其与圆柱腔的实际几何测量直径进行比较,其偏差分别在3%,2%,1%以内。由此可见,采用上述三种方法均能较好的计算出圆柱腔的直径,并且偏差都较小。
(2)将两根不同直径的光纤沿其轴向平行的绑在一起构成一对耦合非对称微腔结构,将其放入低折射率的香豆素C500乙醇染料溶液中,采用沿光纤轴向光泵浦消逝波激励染料增益的方式,根据维纳效应,实现了消逝波激励的WGM模式光纤单模激光辐射;利用光谱直径代替几何测量直径求出的自由光谱值和实验测量值非常的吻合;并在此基础上,研究了不同尺寸范围的耦合非对称微腔的单模激光辐射及保持母光纤直径不变改变子光纤直径的单模激光辐射的耦合效率,实验发现,对于小直径的耦合微腔及具有较小直径差的耦合微腔具有较高的耦合效率。并根据圆柱形微腔的WGM共振峰位置的解析近似公式,对单根不同直径的WGM模式激光光谱及耦合非对称微腔激光光谱作了模式标定。
(3)将两根直径相近的石英光纤平行地沿其轴向用两根毛发将其一端固定,另一端张开一个微小的夹角固定后构成一对耦合非对称微腔,将这对耦合柱腔插入充满染料的乙醇溶液玻璃套管内,采用波长为355 nm的轴向消逝波光抽运方式,泵浦主光纤端面,在WGM模式的支持下,两共振腔相互耦合,形成激光振荡,并沿两光纤的表面辐射出来。利用消逝波激励WGM模式沿光纤轴向较长增益长度的特点,通过沿主光纤轴向改变导光光纤的位置达到改变两柱腔间距的目的,研究了两柱形微腔在不同耦合间距位置的激光辐射。实验发现,当两腔间距离较大时,两微腔间没有耦合现象发生,只能采集到单根主光纤的激光光谱;随着耦合间距的不断减小,两柱形微腔开始有耦合现象发生,WGM模式的激光光谱受到调制,两微腔间存在一个最佳耦合间距。