片上激光器及光子芯片

本技术属于激光器，尤其涉及一种片上激光器及光子芯片。

背景技术：

1、激光器由谐振腔、工作介质和泵浦源三部分组成。工作介质是光子产生的来源，工作介质中的粒子吸收泵浦源产生的能量从基态跃迁到激发态，由于激发态为不稳定状态，此时，工作介质将自发释放能量回归到基态的稳态。在这个释能的过程中，工作介质产生出光子，且这些光子在能量、波长、方向上具有高度一致性，它们在谐振腔内不断反射，往复运动，诱发受激辐射，同时被泵浦源不断放大，形成激光束，最终通过谐振腔一端的部分反射镜透射出谐振腔，形成激光输出。

2、片上激光器是将激光器集成在光子芯片上，传统片上激光器中，入射进入谐振腔的比例低，能量损耗大，激光输出功率低。

技术实现思路

1、本实用新型的目的是至少解决片上激光器的泵浦光入射比例低，能量损耗大，激光输出功率低的问题。该目的是通过以下技术方案实现的：

2、本实用新型的第一方面提出了一种片上激光器，所述片上激光器包括：

3、第一光波导，所述第一光波导包括第一波导芯层，所述第一波导芯层呈闭环设置；所述第一波导芯层内容纳有工作介质；

4、第二光波导，所述第二光波导包括第二波导芯层，所述第二波导芯层呈开环设置，所述第一波导芯层与所述第二波导芯层之间形成耦合区域；

5、泵浦源，所述泵浦源包括辐射面，所述辐射面在所述第一光波导的投影与所述第一波导芯层具有重叠区域，所述重叠区域内的工作介质在所述泵浦光的照射下产生光子，所述光子经所述第一波导芯层振荡形成激光，所述激光由所述第二波导芯层射出。

6、根据本实用新型的片上激光器，通过在闭环设置的第一波导芯层内添加工作介质，第一波导芯层相当于激光器的谐振腔，且泵浦源的辐射面在第一光波导的投影与第一波导芯层之间形成重叠区域，辐射面发出的辐射光可直接射入至重叠区内，从而可以增大泵浦光的入射比例，降低泵浦源的能量损耗，增大激光输出功率。

7、另外，根据本实用新型的片上激光器，还可具有如下附加的技术特征：

8、在本实用新型的一些实施例中，所述重叠区域位于所述耦合区域之外。

9、在本实用新型的一些实施例中，所述泵浦源有多个，多个所述泵浦源沿所述第一波导芯层的周向方向间隔设置；

10、多个所述泵浦源被配置为同时启动或单独启动。

11、在本实用新型的一些实施例中，所述泵浦源的数量为两个，且两个所述泵浦源对称设置。

12、在本实用新型的一些实施例中，所述辐射面在所述第一光波导的投影覆盖所述第一波导芯层。

13、在本实用新型的一些实施例中，所述片上激光器还包括基底层和包覆层，所述第一波导芯层和所述第二波导芯层设置在所述基底层上，所述包覆层包覆在所述第一波导芯层和所述第二波导芯层的外部；

14、所述泵浦源设置在所述包覆层上，所述辐射面与所述包覆层间隔设置，或者，所述辐射面与所述包覆层贴合设置。

15、在本实用新型的一些实施例中，所述第一波导芯层的折射率分别大于所述基底层的折射率和所述包覆层的折射率；

16、所述第二波导芯层的折射率分别大于所述基底层的折射率和所述包覆层的折射率。

17、在本实用新型的一些实施例中，所述工作介质包括稀土离子。

18、在本实用新型的一些实施例中，所述第一波导芯层和所述第二波导芯层为硅波导芯层。

19、本实用新型第二方面提出了一种光子芯片，所述光子芯片上集成设置上述任意一项实施例所提出的片上激光器。

20、根据本实用新型的光子芯片上的激光器降低了泵浦光的损耗，增大激光输出功率。本实施例可直接利用现有光子芯片加工工艺制造，利于提升片上光电子系统的集成程度。

技术特征：

1.一种片上激光器，其特征在于，所述片上激光器包括：

2.根据权利要求1所述的片上激光器，其特征在于，所述重叠区域位于所述耦合区域之外。

3.根据权利要求2所述的片上激光器，其特征在于，所述泵浦源有多个，多个所述泵浦源沿所述第一波导芯层的周向方向间隔设置；

4.根据权利要求3所述的片上激光器，其特征在于，所述泵浦源的数量为两个，且两个所述泵浦源对称设置。

5.根据权利要求1所述的片上激光器，其特征在于，所述辐射面在所述第一光波导的投影覆盖所述第一波导芯层。

6.根据权利要求1-5任意一项所述的片上激光器，其特征在于，所述片上激光器还包括基底层和包覆层，所述第一波导芯层和所述第二波导芯层设置在所述基底层上，所述包覆层包覆在所述第一波导芯层和所述第二波导芯层的外部；

7.根据权利要求6所述的片上激光器，其特征在于，所述第一波导芯层的折射率分别大于所述基底层的折射率和所述包覆层的折射率；

8.根据权利要求1所述的片上激光器，其特征在于，所述工作介质包括稀土离子。

9.根据权利要求1所述的片上激光器，其特征在于，所述第一波导芯层和所述第二波导芯层为硅波导芯层。

10.一种光子芯片，其特征在于，所述光子芯片上集成设置如权利要求1-9任意一项所述的片上激光器。

技术总结
本技术属于激光器领域，具体涉及一种片上激光器及光子芯片，片上激光器包括：第一光波导，第一光波导包括第一波导芯层，第一波导芯层呈闭环设置；第一波导芯层内容纳有工作介质；第二光波导，第二光波导包括第二波导芯层，第二波导芯层呈开环设置，第一波导芯层与第二波导芯层之间形成耦合区域；泵浦源，泵浦源包括辐射面，辐射面在第一光波导的投影与第一波导芯层具有重叠区域，重叠区域内的工作介质在泵浦光的照射下产生光子，光子经第一波导芯层振荡形成激光，激光由第二波导芯层射出。本技术的片上激光器及光子芯片可以增大泵浦光的入射比例，降低泵浦源的能量损耗，增大激光输出功率。

技术研发人员：韩哲,亓岩,王宇,王延伟,颜博霞,周密,范元媛
受保护的技术使用者：中国科学院微电子研究所
技术研发日：20230324
技术公布日：2024/1/15