本發(fā)明涉及光纖激光器及非線性光學(xué)領(lǐng)域，尤其是涉及一種基于二硫化錸可飽和吸收體的雙波長(zhǎng)被動(dòng)調(diào)q脈沖光纖激光器。

背景技術(shù)：

脈沖光纖激光具有持續(xù)時(shí)間極短、峰值功率極高、光譜帶寬極寬的新型激光光源。因此，在瞬態(tài)光學(xué)、光通信和信息處理、光纖傳感、醫(yī)學(xué)診斷和材料加工等領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用。被動(dòng)鎖模技術(shù)是光纖激光器實(shí)現(xiàn)脈沖激光輸出的一種有效途徑，其關(guān)鍵技術(shù)是在光纖激光器諧振腔中插入可飽和吸收體。目前采用的碳納米管，sesam等可飽和吸收體存在損傷閾值低、插入損耗大等問題，而且實(shí)現(xiàn)雙波長(zhǎng)脈沖激光輸出主要集中在固體激光器上，這種激光器存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜，非線性效應(yīng)嚴(yán)重，成本高等問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有制備技術(shù)的缺陷和不足，本發(fā)明的目的是提供了一種基于二硫化錸可飽和吸收體的雙波長(zhǎng)被動(dòng)調(diào)q脈沖光纖激光器，通過二硫化錸的非線性可飽和吸收及偏振調(diào)制實(shí)現(xiàn)具有大脈沖能量、低重復(fù)頻率(khz)的微秒量級(jí)雙波長(zhǎng)調(diào)q脈沖激光輸出。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)：

基于二硫化錸可飽和吸收體的雙波長(zhǎng)脈沖光纖激光器，包括第一線型激光諧振腔和第二線型激光諧振腔，所述的第一線型激光諧振腔和第二線型激光諧振腔通過一個(gè)可飽和吸收體串聯(lián)；

所述的第一線型激光諧振腔可產(chǎn)生1064nm的波長(zhǎng)，所述的第二線型激光諧振腔可產(chǎn)生1550nm的波長(zhǎng)。

進(jìn)一步的，所述的第一線型激光諧振腔包括第一諧振腔反射件、第三諧振腔反射件、第一偏振控制器、第一摻雜光纖、第一波分復(fù)用器、可飽和吸收體和第一泵浦源；所述的第一諧振腔反射件、第一偏振控制器、第一摻雜光纖、第一波分復(fù)用器、可飽和吸收體、第三諧振腔反射件依次首尾連接，所述的第一泵浦源連接在第一波分復(fù)用器上；

所述的第二線型激光諧振腔包括第二諧振腔反射件、二硫化錸可飽和吸收體、第二波分復(fù)用器、第二摻雜光纖、第二偏振控制器和第四諧振腔反射件；所述的第二諧振腔反射件、可飽和吸收體、第二波分復(fù)用器、第二摻雜光纖、第二偏振控制器和第四諧振腔反射件依次首尾連接，所述的第二泵浦源連接在第二波分復(fù)用器上。

進(jìn)一步的，所述的第二諧振腔反射件插入第一線型激光諧振腔內(nèi)，所述的第三諧振腔反射件插入第二線型激光諧振腔內(nèi)。

進(jìn)一步的，所述的可飽和吸收體為二硫化錸可飽和吸收體。

進(jìn)一步的，所述的第一諧振腔反射件為光纖布拉格光柵或光纖耦合器，所述的第四諧振腔反射件為光纖布拉格光柵或光纖耦合器，所述的第二諧振腔反射件和第三諧振腔反射件均為光纖布拉格光柵。

進(jìn)一步的，所述的第一諧振腔反射件為對(duì)1064nm波長(zhǎng)部分反射的光柵，所述的第四諧振腔反射件為對(duì)1550nm波長(zhǎng)部分反射的光柵；所述的第二諧振腔反射件為對(duì)1550nm波長(zhǎng)全反射的光柵，所述的第三諧振腔反射件為對(duì)1064nm波長(zhǎng)全反射的光柵。

進(jìn)一步的，所述的第一諧振腔反射件可以將1064nm的波長(zhǎng)部分輸出；所述的第四諧振腔反射件可將1550nm波長(zhǎng)部分輸出；第二諧振腔反射件為對(duì)1550nm波長(zhǎng)全反射的光柵；所述的第三諧振腔反射件為對(duì)1064nm波長(zhǎng)全反射的光柵。

進(jìn)一步的，所述的第一摻雜光纖和第二摻雜光纖分別為摻鐿、鉺等稀土離子光纖。

進(jìn)一步的，所述的二硫化錸可飽和吸收體包括光纖和二硫化錸薄膜，所述的二硫化錸薄膜平鋪于光纖的端面。

進(jìn)一步的，所述的光纖為單模光纖。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

(1)本發(fā)明采用在諧振腔中間插入對(duì)不同波長(zhǎng)具有高反射率的兩個(gè)光纖光柵實(shí)現(xiàn)對(duì)兩個(gè)子激光腔的串聯(lián)。兩個(gè)串聯(lián)的線型腔構(gòu)成雙波長(zhǎng)激光器，通過共用同一個(gè)可飽和吸收體實(shí)現(xiàn)雙波長(zhǎng)被動(dòng)調(diào)q脈沖激光輸出。

(2)本發(fā)明通過將二硫化錸薄膜轉(zhuǎn)移到光纖端面上，通過光纖連接器的光垂直通過二硫化錸薄膜并與之產(chǎn)生非線性作用，再結(jié)合不同的諧振腔長(zhǎng)度、摻雜光纖種類，可以在偏振控制器的調(diào)制下獲得穩(wěn)定的雙波長(zhǎng)被動(dòng)調(diào)q脈沖激光輸出，輸出激光的波長(zhǎng)包括1μm和1.5μm兩個(gè)主要的近紅外波段。

(3)本發(fā)明采用二硫化錸半導(dǎo)體材料作為非線性介質(zhì)與光纖激光器結(jié)合，獲得二維可飽和吸收材料，采用機(jī)械剝離后沿自然晶格取向排列的二硫化錸薄膜作為非線性光學(xué)器件，保存了二硫化錸原子層的各項(xiàng)異性特性，實(shí)現(xiàn)了一種具有偏振選擇特性的二維可飽和吸收體器件的制備。

附圖說明

圖1是本發(fā)明采用光纖光柵作為輸出端的被動(dòng)調(diào)q脈沖光纖激光器的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本發(fā)明采用光纖耦合器作為輸出端的被動(dòng)調(diào)q脈沖光纖激光器的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3是本發(fā)明實(shí)施例中被動(dòng)調(diào)q脈沖激光的輸出脈沖序列。

圖4是本發(fā)明實(shí)施例中被動(dòng)調(diào)q脈沖激光的輸出單脈沖包絡(luò)。

圖5是本發(fā)明實(shí)施例中1μm被動(dòng)調(diào)q脈沖激光的輸出光譜圖。

圖6是本發(fā)明實(shí)施例中1μm被動(dòng)調(diào)q脈沖激光在重復(fù)頻率附近測(cè)量的射頻譜。

圖7是本發(fā)明實(shí)施例中1μm被動(dòng)調(diào)q脈沖激光的寬帶(1mhz)諧波射頻譜。

圖8是本發(fā)明實(shí)施例中1.5μm被動(dòng)調(diào)q脈沖激光的輸出光譜圖。

圖9是本發(fā)明實(shí)施例中1.5μm被動(dòng)調(diào)q脈沖激光在重復(fù)頻率附近測(cè)量的射頻譜。

圖10是本發(fā)明實(shí)施例中1.5μm被動(dòng)調(diào)q脈沖激光的諧波射頻譜。

圖中各標(biāo)號(hào)的含義：1-第一諧振腔反射件，2-第二諧振腔反射件，3-第三諧振腔反射件，4-第四諧振腔反射件，5-第一偏振控制器，6-第二偏振控制器，7-第一摻雜光纖，8-第二摻雜光纖，9-第一波分復(fù)用器，10-第二波分復(fù)用器，11-二硫化錸可飽和吸收體，12-第一泵浦源，13-第二泵浦源。

以下結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的具體內(nèi)容作進(jìn)一步詳細(xì)解釋說明。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明的基于二硫化錸可飽和吸收體的雙波長(zhǎng)脈沖光纖激光器，包括第一線型激光諧振腔和第二線型激光諧振腔，第一線型激光諧振腔和第二線型激光諧振腔通過一個(gè)可飽和吸收體串聯(lián)。

其中，第一線型激光諧振腔用于產(chǎn)生1064nm波長(zhǎng)的激光，第二線型激光諧振腔用于產(chǎn)生1550nm波長(zhǎng)的激光；第一線型激光諧振腔與可飽和吸收體連接可產(chǎn)生1064nm波長(zhǎng)的被動(dòng)調(diào)q激光，第二線型激光諧振腔與可飽和吸收體連接可產(chǎn)生1550nm波長(zhǎng)的被動(dòng)調(diào)q激光，

本發(fā)明的可飽和吸收體采用二硫化錸可飽和吸收體，具體使用機(jī)械剝離法制備少層結(jié)構(gòu)的二硫化錸薄膜并將其轉(zhuǎn)移到光纖端面形成，通過二硫化錸的寬帶非線性光學(xué)吸收效應(yīng)將連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的腔內(nèi)激光轉(zhuǎn)換為調(diào)q脈沖激光輸出；通過二硫化錸的非線性可飽和吸收及偏振調(diào)制實(shí)現(xiàn)具有大脈沖能量、低重復(fù)頻率(khz)的微秒量級(jí)雙波長(zhǎng)調(diào)q脈沖激光輸出。

具體的，本發(fā)明的第一線型激光諧振腔包括第一諧振腔反射件1、第一偏振控制器5、第一摻雜光纖7、第一波分復(fù)用器9、二硫化錸可飽和吸收體11、第三諧振腔反射件3和第一泵浦源12；第一諧振腔反射件1、第一偏振控制器5、第一摻雜光纖7、第一波分復(fù)用器9、可飽和吸收體11、第三諧振腔反射件3依次首尾連接，第一泵浦源12連接第一波分復(fù)用器9上。

第二線型激光諧振腔包括第二諧振腔反射件2、二硫化錸可飽和吸收體11、第二波分復(fù)用器10、第二摻雜光纖8、第二偏振控制器6、第四諧振腔反射件4和第二泵浦源13構(gòu)成；第二諧振腔反射件2、可飽和吸收體11、第二波分復(fù)用器10、第二摻雜光纖8、第二偏振控制器6和第四諧振腔反射件4依次首尾連接，第二泵浦源13連接第二波分復(fù)用器10上。

具體的，第一摻雜光纖7和第二摻雜光纖8為摻鐿、鉺等稀土離子光纖，該光纖可激發(fā)波長(zhǎng)為1μm或1.5μm波段。本發(fā)明中使用的光纖優(yōu)選單模光纖。

可選的，四個(gè)諧振腔反射件可均為光纖布拉格光柵；第一諧振腔反射件1為對(duì)1064nm波長(zhǎng)部分反射的光柵，第四諧振腔反射件4為對(duì)1550nm波長(zhǎng)部分反射的光柵；第二諧振腔反射件2為對(duì)1550nm波長(zhǎng)全反射的光柵，所述的第三諧振腔反射件3為對(duì)1064nm波長(zhǎng)全反射的光柵。

可選的，第一諧振腔反射件1和第四諧振腔反射件4為光纖耦合器，第二諧振腔反射件2和第三諧振腔反射件3為光纖布拉格光柵，其中，第一諧振腔反射件1可以將1064nm的波長(zhǎng)部分輸出，第四諧振腔反射件4可將1550nm波長(zhǎng)部分輸出，第二諧振腔反射件2為對(duì)1550nm波長(zhǎng)全反射的光柵；第三諧振腔反射件3為對(duì)1064nm波長(zhǎng)全反射的光柵。

本發(fā)明中激光在兩個(gè)線型激光腔內(nèi)的傳輸過程：

第一諧振腔反射件1為對(duì)1064nm波長(zhǎng)激光具有部分反射的光纖布拉格光柵或光纖耦合器，第三諧振腔反射件3為對(duì)1064nm波長(zhǎng)激光具有全反射的光纖布拉格光柵或光纖耦合器，二者之間的構(gòu)件形成第一個(gè)線型激光腔，在該諧振腔內(nèi)，激射波長(zhǎng)由第一泵浦源12通過波分復(fù)用器9抽運(yùn)摻雜光纖7產(chǎn)生，后經(jīng)過偏振控制器5優(yōu)化激光的偏振態(tài)，到達(dá)第一諧振腔反射件1處，激光從第一諧振腔反射件1以10％的耦合比(光纖布拉格光柵)或者20％耦合比(光纖耦合器)輸出，其余激光從第一諧振腔反射件1反射經(jīng)過偏振控制器5、摻雜光纖7、波分復(fù)用器9、可飽和吸收體11(產(chǎn)生調(diào)q脈沖)至第三諧振腔反射件3，激光第三諧振腔反射件3全部反射，依次經(jīng)過可飽和吸收體11、波分復(fù)用器9、摻雜光纖7、偏振控制器5、第一諧振腔反射件1處，其中10％或者20％輸出，其余反射，依次循環(huán)。在第一個(gè)線型激光腔內(nèi)，由于第二諧振腔反射件2是對(duì)1550nm波長(zhǎng)激光具有反射效果的光纖布拉格光柵或光纖耦合器，因此，在此處不會(huì)對(duì)第一個(gè)線型激光腔內(nèi)激光的傳輸產(chǎn)生作用和影響。

第二諧振腔反射件2和第四諧振腔反射件4分別為對(duì)1550nm波長(zhǎng)激光具有部分反射和全反射的光纖布拉格光柵或光纖耦合器，二者之間形成第二個(gè)線型激光腔，在該諧振腔內(nèi)，激射波長(zhǎng)由第二泵浦源13通過波分復(fù)用器10抽運(yùn)摻雜光纖8產(chǎn)生，偏振控制器6用于優(yōu)化激光偏振態(tài)，可飽和吸收體11用于產(chǎn)生調(diào)q脈沖；激光傳輸過程與第一個(gè)線型激光腔中激光的傳輸過程相同。1550nm調(diào)q脈沖激光在第二線型激光腔內(nèi)往返傳輸，并從第四諧振腔反射件4輸出。

以下給出本發(fā)明的具體實(shí)施例，需要說明的是本發(fā)明并不局限于以下具體實(shí)施例中，凡在本申請(qǐng)技術(shù)方案基礎(chǔ)上做的等同變換均落入本發(fā)明的保護(hù)范圍。

實(shí)施例1

結(jié)合圖1，本實(shí)施例給出基于二硫化錸可飽和吸收體的雙波長(zhǎng)脈沖光纖激光器，包括第一諧振腔反射件1、第二諧振腔反射件2、第三諧振腔反射件3、第四諧振腔反射件4、第一偏振控制器5、第二偏振控制器6、第一摻雜光纖7、第二摻雜光纖8、第一波分復(fù)用器9、第二波分復(fù)用器10、二硫化錸可飽和吸收體11、第一泵浦源12和第二泵浦源13；二硫化錸可飽和吸收體11的一端順次連接第二諧振腔反射件2、第一波分復(fù)用器9、第一摻雜光纖7、第一偏振控制器5、第一諧振腔反射件1，二硫化錸可飽和吸收體11的另一端順次連接第三諧振腔反射件3、第二波分復(fù)用器10、第二摻雜光纖8、第二偏振控制器6、第四諧振腔反射件4；第一波分復(fù)用器9上連接第一泵浦源12，第二波分復(fù)用器10上連接第二泵浦源13；

第一摻雜光纖7為摻鐿光纖，第二摻雜光纖8為摻鉺光纖。二硫化錸可飽和吸收體11包括光纖和二硫化錸薄膜，二硫化錸薄膜設(shè)于光纖的端面。

第一諧振腔反射件1、第一偏振控制器5、第一摻雜光纖7、第一波分復(fù)用器9、二硫化錸可飽和吸收體11和第三諧振腔反射件3構(gòu)成第一線型激光諧振腔，第二諧振腔反射件2、二硫化錸可飽和吸收體11、第二波分復(fù)用器10、第二摻雜光纖8、第二偏振控制器6和第四諧振腔反射件4構(gòu)成第二線型激光諧振腔。

第一諧振腔反射件1、第二諧振腔反射件2、第三諧振腔反射件3、第四諧振腔反射件4均為光纖布拉格光柵。第一諧振腔反射件1為對(duì)1064nm波長(zhǎng)部分反射的光柵，第三諧振腔反射件3為對(duì)1064nm波長(zhǎng)全反射的光柵，第二諧振腔反射件2為對(duì)1550nm波長(zhǎng)全反射的光柵，第四諧振腔反射件4為1550nm波長(zhǎng)部分反射的光柵。本實(shí)施例中所用光纖為單模光纖。

其中，光纖布拉格光柵1和3作為摻鐿光纖激光器的兩個(gè)反射鏡形成1μm線型腔，激光從光纖布拉格光柵1以10％耦合比輸出；光纖布拉格光柵2和4作為摻鉺光纖激光器的兩個(gè)反射鏡形成1.5μm線型腔，激光從光纖布拉格光柵4以5％的耦合比輸出。

實(shí)施例2

結(jié)合圖2，本實(shí)施例給出一種基于二硫化錸可飽和吸收體的雙波長(zhǎng)脈沖光纖激光器，與實(shí)施例1的區(qū)別在于：

第一諧振腔反射件1和第四諧振腔反射件4為光纖耦合器，第二諧振腔反射件2和第三諧振腔反射件3為光纖布拉格光柵。第一諧振腔反射件1可以將1064nm波長(zhǎng)部分輸出，第三諧振腔反射件3為對(duì)1064nm波長(zhǎng)全反射的光柵，第二諧振腔反射件2為對(duì)1550nm波長(zhǎng)全反射的光柵，第四諧振腔反射件4可以將1550nm波長(zhǎng)部分輸出。

其中，將光纖耦合器1和4的另外兩端光纖熔接形成光纖全反射鏡作為激光器的耦合輸出鏡，分別以20％和10％的耦合比輸出激光，光纖耦合器1和光纖布拉格光柵3形成1μm激光腔，光纖耦合器4和光纖布拉格光柵2形成1.5μm激光腔。

本實(shí)施例的測(cè)試結(jié)果如下：

二硫化錸可飽和吸收體的光學(xué)吸收隨入射光強(qiáng)的增加而減小，價(jià)帶電子通過入射光激發(fā)躍遷到導(dǎo)帶，在入射光強(qiáng)達(dá)到一定強(qiáng)度時(shí)由于泡利阻塞實(shí)現(xiàn)吸收飽和，這種被動(dòng)光學(xué)材料可實(shí)現(xiàn)一種自調(diào)制的光調(diào)制器件。如圖3所示為基于二硫化錸可飽和吸收體的雙波長(zhǎng)被動(dòng)調(diào)q激光器在65.3khz時(shí)測(cè)量的輸出脈沖序列圖，圖4為將圖3中的單個(gè)脈沖放大后的結(jié)果，其脈沖寬度為1.623μs，圖5所示為摻鐿光纖激光器調(diào)q脈沖的輸出光譜圖，中心波長(zhǎng)為1047nm，半高全寬為4.68nm。圖6所示為摻鐿光纖激光器調(diào)q脈沖在輸出重復(fù)率附近的射頻輸出譜，具有40db的信噪比。圖7為摻鐿光纖激光器在1mhz寬帶范圍內(nèi)輸出脈沖的頻譜。圖8所示為摻鉺光纖激光器調(diào)q脈沖的輸出光譜圖，中心波長(zhǎng)為1559.4nm，半高全寬為1.4nm。圖9所示為摻鉺光纖激光器調(diào)q脈沖在輸出重復(fù)率附近的射頻輸出譜，具有40db的信噪比。圖10為摻鉺光纖激光器在1mhz寬帶范圍內(nèi)輸出脈沖的頻譜。由于兩個(gè)激光器共用同一個(gè)可飽和吸收體，其輸出脈沖序列具有相同的重復(fù)頻率，輸出可以保持同步。