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液體可飽和吸收體鎖模光纖激光器的制造方法

文檔序號:7263300閱讀:532來源:國知局
液體可飽和吸收體鎖模光纖激光器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及液體可飽和吸收體鎖模光纖激光器,屬于光纖激光器【技術(shù)領(lǐng)域】。本發(fā)明的目的在于提供一種利用液體可飽和吸收體作為鎖模元件的鎖模光纖激光器,實現(xiàn)皮秒或飛秒的超短脈沖輸出。本發(fā)明采取了如下技術(shù)方案:采用環(huán)形激光諧振腔,諧振腔由泵浦源、波分復(fù)用器、增益光纖、單模光纖、隔離器、液體可飽和吸收器件、輸出耦合器構(gòu)成,其中,液體可飽和吸收器件由液體可飽和吸收體及光纖連接容器組成.其特征在于:所述液體可飽和吸收器件采用碳納米管或者石墨烯為可飽和吸收材料,將其混合在蒸餾水或者重水中作為可飽和吸收體??娠柡臀詹牧显谝后w中具有流動性,且液體對材料還有散熱作用。這使得鎖模光纖激光器能夠長時間穩(wěn)定工作在高功率下。
【專利說明】液體可飽和吸收體鎖模光纖激光器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及液體可飽和吸收體鎖模光纖激光器,屬于光纖激光器【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]超短脈沖激光在超快光學(xué)、超連續(xù)譜產(chǎn)生、通信、生物成像等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。被動鎖模技術(shù)是產(chǎn)生超短脈沖的主要手段之一。到目前為止,全光纖化的被動鎖模可以分為以下幾類:可飽和吸收體鎖模、非線性偏振旋轉(zhuǎn)鎖模、非線性光學(xué)環(huán)形腔鎖模。其中,可飽和吸收體鎖模具有成本低、結(jié)構(gòu)簡單、易調(diào)節(jié)等優(yōu)點,這使其具有廣泛的商用價值。半導(dǎo)體可飽和吸收鏡、碳納米管、石墨烯是目前應(yīng)用最為廣泛的三類可飽和吸收體。目前,這三類可飽和吸收體在鎖模光纖激光器中均是以固體的形式出現(xiàn)。當(dāng)鎖模激光器工作在高功率時,這類固體的可飽和吸收體極易被破壞。報道中,典型的透射式碳類可飽和吸收體為鎖模器件的光纖激光器中,一般輸出功率為3-5毫瓦。這大大限制了可飽和吸收體在鎖模激光器中應(yīng)用?;诖朔N情況,我們設(shè)計了液體可飽和吸收體鎖模光纖激光器。所謂液體可飽和吸收體是指將可飽和吸收材料混合在液體中,進而制作出液體的可飽和吸收體。可飽和吸收材料在液體中處于懸浮流動狀態(tài),這將光纖激光器的輸出功率提高到300毫瓦。這為高功率被動鎖模激光的產(chǎn)生提供了新的途徑。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于提供一種利用液體可飽和吸收體作為鎖模元件的鎖模光纖激光器,實現(xiàn)皮秒或飛秒的超短脈沖輸出。
[0004]為了實現(xiàn)上述目的,本發(fā)明采取了如下技術(shù)方案:液體可飽和吸收體鎖模光纖激光器,其特征在于:包括環(huán)形激光諧振腔,諧振腔由泵浦源、波分復(fù)用器、增益光纖、單模光纖、隔離器、液體可飽和吸收器件、輸出耦合器,其中,液體可飽和吸收器件由液體可飽和吸收體及光纖連接容器組成,所述液體可飽和吸收器件采用碳納米管、石墨烯、氧化石墨烯為可飽和吸收材料,將以上可飽和吸收材料混合在液體中作為可飽和吸收溶液;所述的液體選擇水或重水;所述的光纖連接容器包括液體循環(huán)容器、光纖過渡嘴、光纖夾具、平移臺;
[0005]兩個光纖過渡嘴共軸放置,間距為20-50微米保證兩者之間充滿可飽和吸收液體;光纖過渡嘴一端為喇叭狀,方便將光纖導(dǎo)入過渡嘴的中心,中心是通道,微孔通道的直徑與標(biāo)準(zhǔn)單模光纖相同,作用是容納單模光纖,兩段單模光纖通過光纖過渡嘴10在液體可飽和吸收體中同軸對接;光纖夾具固定在用于改變兩端光纖的距離的平移臺上。
[0006]進一步,所述的液體可飽和吸收體鎖模光纖激光器,其特征在于:所述泵浦光源是970_980nm波長的半導(dǎo)體激光器;增益光纖為摻館光纖;隔離器帶寬為1540_1580nm ;輸出耦合器的輸出比為3%-97%;可飽和吸收液體為質(zhì)量比0.05% - 20%的碳納米管、或者石墨烯、或者氧化石墨烯的重水溶液,得到波長1500-1600nm附近激光脈沖。
[0007]進一步,所述的液體可飽和吸收體鎖模光纖激光器,其特征在于:所述泵浦光源是970_980nm波長的半導(dǎo)體激光器;增益光纖為摻鐿光纖;隔離器帶寬為900_1100nm ;輸出耦合器的輸出比為3%-97%;可飽和吸收液體為質(zhì)量比0.05% - 20%的碳納米管、或者石墨烯、或者氧化石墨烯的水溶液或者重水溶液,得到波長900-1150nm附近激光脈沖。
[0008]所述泵浦光源是970_980nm波長的半導(dǎo)體激光器;增益光纖為摻餌光纖;隔離器帶寬為1540-1580nm ;輸出耦合器的輸出比為3%_97% ;液體可飽和吸收體為質(zhì)量比0.05%-20%的碳納米管(或者石墨烯、氧化石墨烯)重水溶液。以上所述的碳納米管(或者石墨烯、氧化石墨烯)均為可飽和吸收材料,重水溶液提供液體環(huán)境。因為在1.5微米波段水吸收損耗是遠遠大于重水的所以在此波段只可使用重水溶液。將以上器件組成環(huán)形諧振腔。通過設(shè)計腔內(nèi)色散和調(diào)節(jié)偏振控制器,可以得到波長1500-1600nm附近激光脈沖。
[0009]所述的液體可飽和吸收體鎖模光纖激光器,其特征在于:所述泵浦光源是970_980nm波長的半導(dǎo)體激光器;增益光纖為摻鐿光纖;隔離器帶寬為900_1100nm ;輸出耦合器的輸出比為3%-97%;可飽和吸收液體為質(zhì)量比0.05% - 20%的碳納米管(或者石墨烯、氧化石墨烯)水(或者重水)溶液。以上所述的碳納米管(或者石墨烯、氧化石墨烯)均為可飽和吸收材料,水(或者重水)溶液提供液體環(huán)境。因為在I微米波段水和重水的吸收損耗是差不多的所以兩者都可以使用。通過設(shè)計腔內(nèi)色散和調(diào)節(jié)偏振控制器,可以得到波長900-1150nm附近激光脈沖。
[0010]本發(fā)明的積極效果:將現(xiàn)有的可飽和吸收材料如:碳納米管、石墨烯、氧化石墨烯等材料制備成液體狀可飽和吸收器件,實現(xiàn)鎖模脈沖輸出;目前所報道的碳納米管、石墨烯、氧化石墨烯鎖模激光器中,鎖模器件均是以固體的形式出現(xiàn)的,這種情況下,激光長時間照射在鎖模器件的同一位置。從而,使得鎖模激光器的壽命大大降低。另外,固體鎖模器件的散熱效果比較差,這就限制了鎖模激光器的輸出功率。本發(fā)明中將傳統(tǒng)的固體鎖模期間更換為液體鎖模器件,由于液體可飽和吸收體具有流動性好、散熱快等優(yōu)點使得鎖模激光器具有長壽命、高功率等優(yōu)點。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1為本發(fā)明中的液體可飽和吸收體鎖模光纖激光器;
[0012]圖2為液體可飽和吸收器件結(jié)構(gòu)圖;
[0013]圖中:1、泵浦光源,2、波分復(fù)用器,3、增益光纖,4、隔離器,5、液體可飽和吸收器件,6、單模光纖,7、輸出稱合器,8、偏振控制器9、液體可飽和吸收溶液,10、光纖過渡嘴,
11、光纖,12、光纖夾具,13、平移臺14、液體容器。15、微型蠕動泵。
【具體實施方式】
[0014]下面結(jié)合附圖1-2及一些實施例對本發(fā)明進行詳細說明:
[0015]如圖1所示,本發(fā)明的液體可飽和吸收體鎖模光纖激光器包括:泵浦光源1、波分復(fù)用器2、增益光纖3、隔離器4、液體可飽和吸收器件5、單模光纖6、輸出稱合器7、偏振控制器8。所述的液體可飽和吸收器件如圖2所示,主要包括:液體可飽和吸收溶液9、光纖過渡嘴10、光纖11、光纖夾具12、平移13、液體容器14、微型蠕動泵15。所述的液體可飽和吸收器件特征為:兩個光纖過渡嘴共軸放置,間距為50微米保證兩者之間充滿可飽和吸收液體;光纖過渡嘴一端為喇叭狀,方便將光纖導(dǎo)入過渡嘴的中心,中心是直徑為125微米的微孔通道,微孔通道的直徑與標(biāo)準(zhǔn)單模光纖相同,作用是容納單模光纖,兩段單模光纖11通過光纖過渡嘴10在液體可飽和吸收體中同軸對接。另外,通過調(diào)節(jié)平移13可以改變兩端光纖的距離,從而調(diào)節(jié)可飽和吸收體的損耗及調(diào)制深度。從而使激光器獲得不同寬度的脈沖激光。微型蠕動泵15可以保持液體可飽和吸收體的流動性。
[0016]所述的液體可飽和吸收體鎖模光纖激光器的工作原理為:在泵浦光源I通過波分復(fù)用器2耦合入增益光纖3中,激勵增益光纖3形成粒子數(shù)反轉(zhuǎn),從而使得光纖中產(chǎn)生熒光,熒光經(jīng)過隔離器4的作用可以在環(huán)形諧振腔中單向振蕩形成激光。激光在經(jīng)過液體可飽和吸收器件4時在可飽和吸收作用的調(diào)節(jié)下形成脈沖。脈沖在激光器中的非線性及色散的共同作用下得以穩(wěn)定運行。最后,脈沖光通過輸出耦合器7耦合輸出。所述的液體可飽和吸收體中兩光纖的間距與液體濃度有關(guān),液體濃度越大,間距相應(yīng)越小。通過調(diào)節(jié)液體濃度和光纖間距,實現(xiàn)可飽和吸收體的初始透過率和調(diào)制深度的調(diào)節(jié)。液體濃度越大,光纖間距越遠可飽和吸收體的初始透過率越低,但是此時卻可以獲得大的調(diào)制深度,從而得到窄脈沖輸出;液體濃度越小,光纖間距越近可飽和吸收體的初始透過率越高,調(diào)制深度越小,此時可以獲得高功率的脈沖輸出。由于液體可飽和吸收體具有流動性,且液體還能起到散熱的作用,所以,大大增加了材料的損傷閾值,使得激光器能夠穩(wěn)定工作。
[0017]實施例1:
[0018]所述泵浦光源是980nm波長的半導(dǎo)體激光器;增益光纖為40cm摻餌光纖;隔離器帶寬為1540-1580nm ;輸出耦合器的輸出比為20% ;液體可飽和吸收體為質(zhì)量比20%的碳納米管重水溶液??偳婚L為1.2m。通過設(shè)計腔內(nèi)色散和調(diào)節(jié)偏振控制器,調(diào)節(jié)平移臺使兩光纖間距保持在50-100微米,可以得到波長1555nm激光脈沖輸出,脈沖寬度66fs,輸出功率為 30mW。
[0019]實施例2:
[0020]所述泵浦光源是980nm波長的半導(dǎo)體激光器;增益光纖為20cm摻鐿光纖;隔離器帶寬為900-1100nm ;輸出耦合器的輸出比為20% ;液體可飽和吸收體為質(zhì)量比10%的石墨烯水溶液??偳婚L為Im通過設(shè)計腔內(nèi)色散和調(diào)節(jié)偏振控制器,調(diào)節(jié)平移臺使兩光纖間距保持在50-100微米可以得到波長1050nm激光脈沖,脈沖寬度2ps,輸出功率為226mW。
[0021]實施例3:
[0022]所述泵浦光源是980nm波長的半導(dǎo)體激光器;增益光纖為40cm摻餌光纖;隔離器帶寬為1540-1580nm ;輸出耦合器的輸出比為80% ;液體可飽和吸收體為質(zhì)量比2%的氧化石墨烯重水溶液。總腔長為1.2m。通過設(shè)計腔內(nèi)色散和調(diào)節(jié)偏振控制器,調(diào)節(jié)平移臺使兩光纖間距保持在100-500微米,可以得到波長1555nm激光脈沖輸出,脈沖寬度126fs,輸出功率為lOOmW。
【權(quán)利要求】
1.液體可飽和吸收體鎖模光纖激光器,其特征在于:包括環(huán)形激光諧振腔,諧振腔由泵浦源、波分復(fù)用器、增益光纖、單模光纖、隔離器、液體可飽和吸收器件、輸出耦合器,其中,液體可飽和吸收器件由液體可飽和吸收體及光纖連接容器組成,所述液體可飽和吸收器件采用碳納米管、石墨烯、氧化石墨烯為可飽和吸收材料,將以上可飽和吸收材料混合在液體中作為可飽和吸收溶液;所述的液體選擇水或重水;所述的光纖連接容器包括液體循環(huán)容器、光纖過渡嘴、光纖夾具、平移臺; 兩個光纖過渡嘴共軸放置,間距為20-50微米保證兩者之間充滿可飽和吸收液體;光纖過渡嘴一端為喇叭狀,方便將光纖導(dǎo)入過渡嘴的中心,中心是通道,微孔通道的直徑與標(biāo)準(zhǔn)單模光纖相同,作用是容納單模光纖,兩段單模光纖通過光纖過渡嘴10在液體可飽和吸收體中同軸對接;光纖夾具固定在用于改變兩端光纖的距離的平移臺上。
2.如權(quán)利要求1所述的液體可飽和吸收體鎖模光纖激光器,其特征在于:所述泵浦光源是970-980nm波長的半導(dǎo)體激光器;增益光纖為摻餌光纖;隔離器帶寬為1540_1580nm ;輸出耦合器的輸出比為3%-97%;可飽和吸收液體為質(zhì)量比0.05% - 20%的碳納米管、或者石墨烯、或者氧化石墨烯的重水溶液,得到波長1500-1600nm附近激光脈沖。
3.如權(quán)利要求1所述的液體可飽和吸收體鎖模光纖激光器,其特征在于:所述泵浦光源是970_980nm波長的半導(dǎo)體激光器;增益光纖為摻鐿光纖;隔離器帶寬為900-1100nm ;輸出耦合器的輸出比為3%-97%;可飽和吸收液體為質(zhì)量比0.05% - 20%的碳納米管、或者石墨烯、或者氧化石墨烯的水溶液或者重水溶液,得到波長900-1150nm附近激光脈沖。
【文檔編號】H01S3/098GK103441416SQ201310379355
【公開日】2013年12月11日 申請日期:2013年8月27日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月27日
【發(fā)明者】宋晏蓉, 于振華, 田金榮, 張曉 , 董信征, 李彥林 申請人:北京工業(yè)大學(xué)
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