基于可飽和吸收材料與超弱倏逝場的全光纖超快激光器的制造方法
【專利摘要】一種基于可飽和吸收材料與超弱倏逝場的全光纖超快激光器，由泵浦激光器、合束器、泵浦增益光纖、包層功率剝離器、偏振無關(guān)隔離器、正色散光纖、偏振控制器、超弱倏逝場光纖、高功率寬帶濾波器和耦合器組成；本發(fā)明的有益技術(shù)效果是：提供了一種全光纖超快激光器。
【專利說明】
基于可飽和吸收材料與超弱倏逝場的全光纖超快激光器
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種激光器，尤其涉及一種基于可飽和吸收材料與超弱倏逝場的全光纖超快激光器。
【背景技術(shù)】
[0002]全光纖超快激光器具有結(jié)構(gòu)簡單、光束質(zhì)量高、散熱效果好、輸出耦合方便等優(yōu)點(diǎn)，在光纖通信與傳感、激光微加工、以及非線性物理等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。
[0003]現(xiàn)有的全光纖超快激光器一般通過單模半導(dǎo)體激光器栗浦摻雜光纖實(shí)現(xiàn)，由于受限于單模半導(dǎo)體激光器的輸出功率(一般小于500mW)，現(xiàn)有的全光纖超快激光器輸出功率較低(十幾毫瓦)，僅能做為種子源使用;為得到高功率激光，需要在全光纖超快激光器中設(shè)置多級功率放大器，但是，在實(shí)現(xiàn)功率放大的同時(shí)也會引入較高的噪聲，此外，多級功率放大器也會使系統(tǒng)的穩(wěn)定性降低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對【背景技術(shù)】中的問題，本發(fā)明提出了一種基于可飽和吸收材料與超弱倏逝場的全光纖超快激光器，其創(chuàng)新在于:所述全光纖超快激光器由栗浦激光器、合束器、栗浦增益光纖、包層功率剝離器、偏振無關(guān)隔離器、正色散光纖、偏振控制器、超弱倏逝場光纖、高功率寬帶濾波器和耦合器組成;所述合束器為雙輸入單輸出，所述耦合器為單輸入雙輸出；
所述超弱倏逝場光纖從如下三種結(jié)構(gòu)中擇一采用:
結(jié)構(gòu)一:所述超弱倏逝場光纖采用拉錐光纖，所述拉錐光纖表面吸附有可飽和吸收材料;所述拉錐光纖由標(biāo)準(zhǔn)單模光纖經(jīng)拉錐處理而得，拉錐光纖上的最小直徑大于15微米，拉錐光纖上的最大直徑小于30微米，拉錐光纖上的拉錐平衡區(qū)長度大于I厘米；
結(jié)構(gòu)二:所述超弱倏逝場光纖采用腐蝕光纖，所述腐蝕光纖表面吸附有可飽和吸收材料;所述腐蝕光纖由標(biāo)準(zhǔn)單模光纖經(jīng)氫氟酸溶液腐蝕而得:標(biāo)準(zhǔn)單模光纖的包層被氫氟酸溶液部分腐蝕，腐蝕后，標(biāo)準(zhǔn)單模光纖的直徑為20?40微米；
結(jié)構(gòu)三:所述超弱倏逝場光纖采用光子晶體光纖，所述光子晶體光纖的內(nèi)孔壁上吸附有可飽和吸收材料;所述光子晶體光纖采用大孔薄壁柚子型光子晶體光纖，比如，可采用武漢烽火高科技有限公司生產(chǎn)的柚子型光子晶體光纖；
所述可飽和吸收材料采用石墨烯、碳納米管、量子點(diǎn)或拓?fù)浣^緣體；
栗浦激光器的輸出端與合束器的第一輸入端連接，合束器的輸出端與栗浦增益光纖的一端連接，栗浦增益光纖的另一端與包層功率剝離器的輸入端連接，包層功率剝離器的輸出端與偏振無關(guān)隔離器的輸入端連接，偏振無關(guān)隔離器的輸出端與正色散光纖的一端連接，正色散光纖的另一端與偏振控制器的輸入端連接，偏振控制器的輸出端與超弱倏逝場光纖的一端連接，超弱倏逝場光纖的另一端與高功率寬帶濾波器的輸入端連接，高功率寬帶濾波器的輸出端與親合器的輸入端連接，親合器的第一輸出端與合束器的第二輸入端連接，親合器的第二輸出端形成全光纖超快激光器的輸出端。
[0005]本發(fā)明的核心創(chuàng)新點(diǎn)在于在激光腔內(nèi)引入了超弱倏逝場光纖;在現(xiàn)有技術(shù)中，為了實(shí)現(xiàn)超快激光器，最常見的手段就是把飽和吸收材料做成很薄的膜片直接貼在激光腔內(nèi)的光纖端面上；由于受到模場面積的限制，現(xiàn)有的超快激光器在栗浦光功率達(dá)到瓦量級時(shí)，其飽和吸收材料膜就被燒壞了，因此無法獲得高功率的超短激光脈沖;而在本發(fā)明中，按本發(fā)明方案所得到的超弱倏逝場光纖上，僅有很微弱的倏逝場能夠突破光纖的模場束縛與飽和吸收材料發(fā)生作用，這就大大的提高了激光腔的熱損傷閾值，使得激光腔可以在瓦量級的栗浦光功率條件下正常運(yùn)行，利用飽和吸收材料的飽和吸收特性以及吸收恢復(fù)時(shí)間，就能實(shí)現(xiàn)激光腔內(nèi)損耗的自動快速調(diào)制，使原本相位隨機(jī)分布的各激光縱模實(shí)現(xiàn)相位鎖定，從而獲得高功率的超短激光脈沖；另外，本發(fā)明中沒有使用波分復(fù)用器來引入栗浦光，而是采用的基于合束器和栗浦增益光纖的多模雙包層栗浦技術(shù)，這也大大的提高了栗浦效率。
[0006]另外本發(fā)明中實(shí)現(xiàn)激光輸出的波段范圍由選擇的摻雜光纖的種類決定，除了雙包層鉺鐿共摻光纖之外，還可以選擇雙包層摻鐿光纖，并同樣用980nm栗浦激光器進(jìn)行栗浦，此時(shí)可以得到Ium附近的激光輸出；如果選用雙包層摻銩光纖，用790nm栗浦激光器進(jìn)行栗浦，可以得到2um附近的激光輸出，因此本發(fā)明可以針對不同應(yīng)用環(huán)境提供多種波長選擇，適應(yīng)性較廣。
[0007]所述隔離器用于實(shí)現(xiàn)激光腔的單向運(yùn)行;所述偏振控制器用來優(yōu)化整個(gè)激光腔的偏振狀態(tài)；
前述方案中涉及到的一些詞匯，發(fā)明人作如下說明:
“超弱倏逝場光纖”:“超弱倏逝場光纖”并非專業(yè)術(shù)語，在本發(fā)明中，“超弱倏逝場光纖”特指按結(jié)構(gòu)一、結(jié)構(gòu)二和結(jié)構(gòu)三方案所得到的光纖，因?yàn)樗麄兌季哂谐醯馁渴艌?，因此，本發(fā)明中將其稱為“超弱倏逝場光纖”；
“可飽和吸收材料”:“可飽和吸收材料”并非材料學(xué)上的術(shù)語，在本發(fā)明中，“可飽和吸收材料”特指石墨烯、碳納米管、量子點(diǎn)和拓?fù)浣^緣體，因?yàn)檫@些材料都具有可飽和吸收的特性，因此本發(fā)明將其稱為“可飽和吸收材料”；
優(yōu)選地，所述栗浦激光器采用980nm栗浦激光器。
[0008]優(yōu)選地，所述栗浦增益光纖采用雙包層鉺鐿共摻光纖。
[0009]優(yōu)選地，所述高功率寬帶濾波器的帶寬為為15-25nm;濾波器是激光器中的常用裝置，本發(fā)明所采用的高功率寬帶濾波器主要是為了配合本發(fā)明的高功率栗浦光使用，具體選型時(shí)，高功率寬帶濾波器只要帶寬在15-25nm，并且能夠承受瓦量級的光功率，就能滿足需要；
優(yōu)選地，所述親合器的第一輸出端和第二輸出端的分光比為9:1。
[0010]優(yōu)選地，所述腐蝕光纖的長度為I?5厘米。
[0011]優(yōu)選地，所述光子晶體光纖的長度為I?5厘米。
[0012]優(yōu)選地，所述石墨烯為顆粒狀;所述碳納米管為顆粒狀;所述量子點(diǎn)為粉末狀;所述拓?fù)浣^緣體為粉末狀。具體應(yīng)用時(shí)，碳納米管可采用直徑l_2nm、長度l-3nm的超短單壁碳納米管;量子點(diǎn)可采用MoS2;拓?fù)浣^緣體可采用Sb2Te3晶體粉末。
[0013 ]本發(fā)明的有益技術(shù)效果是:提供了一種全光纖超快激光器。
【附圖說明】
[0014]圖1、本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖中各個(gè)標(biāo)記所對應(yīng)的名稱分別為:栗浦激光器1、合束器2、栗浦增益光纖3、包層功率剝離器4、偏振無關(guān)隔離器5、正色散光纖6、偏振控制器7、超弱倏逝場光纖8、高功率寬帶濾波器9、耦合器10。
【具體實(shí)施方式】
[0015]—種基于可飽和吸收材料與超弱倏逝場的全光纖超快激光器，其創(chuàng)新在于:所述全光纖超快激光器由栗浦激光器1、合束器2、栗浦增益光纖3、包層功率剝離器4、偏振無關(guān)隔離器5、正色散光纖6、偏振控制器7、超弱倏逝場光纖8、高功率寬帶濾波器9和耦合器10組成;所述合束器2為雙輸入單輸出，所述耦合器10為單輸入雙輸出；
所述超弱倏逝場光纖8從如下三種結(jié)構(gòu)中擇一采用:
結(jié)構(gòu)一:所述超弱倏逝場光纖8采用拉錐光纖，所述拉錐光纖表面吸附有可飽和吸收材料;所述拉錐光纖由標(biāo)準(zhǔn)單模光纖經(jīng)拉錐處理而得，拉錐光纖上的最小直徑大于15微米，拉錐光纖上的最大直徑小于30微米，拉錐光纖上的拉錐平衡區(qū)長度大于I厘米；
結(jié)構(gòu)二:所述超弱倏逝場光纖8采用腐蝕光纖，所述腐蝕光纖表面吸附有可飽和吸收材料;所述腐蝕光纖由標(biāo)準(zhǔn)單模光纖經(jīng)氫氟酸溶液腐蝕而得:標(biāo)準(zhǔn)單模光纖的包層被氫氟酸溶液部分腐蝕，腐蝕后，標(biāo)準(zhǔn)單模光纖的直徑為20?40微米；
結(jié)構(gòu)三:所述超弱倏逝場光纖8采用光子晶體光纖，所述光子晶體光纖的內(nèi)孔壁上吸附有可飽和吸收材料;所述光子晶體光纖采用大孔薄壁柚子型光子晶體光纖；
所述可飽和吸收材料采用石墨烯、碳納米管、量子點(diǎn)或拓?fù)浣^緣體；
栗浦激光器I的輸出端與合束器2的第一輸入端連接，合束器2的輸出端與栗浦增益光纖3的一端連接，栗浦增益光纖3的另一端與包層功率剝離器4的輸入端連接，包層功率剝離器4的輸出端與偏振無關(guān)隔離器5的輸入端連接，偏振無關(guān)隔離器5的輸出端與正色散光纖6的一端連接，正色散光纖6的另一端與偏振控制器7的輸入端連接，偏振控制器7的輸出端與超弱倏逝場光纖8的一端連接，超弱倏逝場光纖8的另一端與高功率寬帶濾波器9的輸入端連接，高功率寬帶濾波器9的輸出端與耦合器10的輸入端連接，耦合器10的第一輸出端與合束器2的第二輸入端連接，耦合器10的第二輸出端形成全光纖超快激光器的輸出端。
[0016]進(jìn)一步地，所述栗浦激光器I采用980nm栗浦激光器。如果選擇的是摻銩光纖，則栗浦采用790nm栗浦激光器。
[0017]進(jìn)一步地，所述栗浦增益光纖3采用雙包層鉺鐿共摻光纖，如果要實(shí)現(xiàn)Ium激光輸出應(yīng)選用雙包層摻鐿光纖，要實(shí)現(xiàn)2um的激光輸出，應(yīng)選用雙包層摻銩光纖。
[0018]進(jìn)一步地，所述高功率寬帶濾波器9的帶寬為15-25nm。
[0019]進(jìn)一步地，所述親合器10的第一輸出端和第二輸出端的分光比為9:1。
[0020]進(jìn)一步地，所述腐蝕光纖的長度為I?5厘米。
[0021]進(jìn)一步地，所述光子晶體光纖的長度為I?5厘米。
[0022]進(jìn)一步地，所述石墨烯為顆粒狀;所述碳納米管為顆粒狀;所述量子點(diǎn)為粉末狀；所述拓?fù)浣^緣體為粉末狀。
[0023]為了便于本領(lǐng)域技術(shù)人員實(shí)施，本發(fā)明還將超弱倏逝場光纖8的制作方法公開如下: 將可飽和吸收材料配制為溶液，對于結(jié)構(gòu)一和結(jié)構(gòu)二，拉錐操作或腐蝕操作完成后，將光纖浸泡到前述溶液中，待可飽和吸收材料附著在光纖表面后，將光纖取出并在真空箱內(nèi)干燥，干燥后，超弱倏逝場光纖8即制作完成;對于結(jié)構(gòu)三，直接利用虹吸效應(yīng)，使前述溶液填充到光子晶體光纖的空氣孔內(nèi)，然后在真空箱內(nèi)對光子晶體光纖進(jìn)行干燥處理，干燥后的光子晶體光纖即形成超弱倏逝場光纖8;具體應(yīng)用時(shí)，為了對超弱倏逝場光纖8起到保護(hù)作用，還可將超弱倏逝場光纖8封裝在密閉的容器內(nèi)；
在制作結(jié)構(gòu)一和結(jié)構(gòu)二的超弱倏逝場光纖8時(shí)，本領(lǐng)域技術(shù)人員還應(yīng)注意，光纖在溶液中浸泡的時(shí)間越長，光纖表面附著的可飽和吸收材料的量就越多，附著的可飽和吸收材料越多，光纖損耗就越大，因此，在制作時(shí)，應(yīng)將光纖損耗控制在一定范圍，一種較為簡單的控制手段是，將光纖的一端通入100 mW的980nm激光，光纖的另一端接功率計(jì)，浸泡過程中，實(shí)時(shí)觀察功率計(jì)的讀數(shù)，當(dāng)光纖損耗達(dá)到I?3dB時(shí)，就應(yīng)停止浸泡操作。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于可飽和吸收材料與超弱倏逝場的全光纖超快激光器，其特征在于:所述全光纖超快激光器由栗浦激光器(I)、合束器(2)、栗浦增益光纖(3)、包層功率剝離器(4)、偏振無關(guān)隔離器(5)、正色散光纖(6)、偏振控制器(7)、超弱倏逝場光纖(8)、高功率寬帶濾波器(9)和耦合器(10)組成;所述合束器(2)為雙輸入單輸出，所述耦合器(10)為單輸入雙輸出； 所述超弱倏逝場光纖(8)從如下三種結(jié)構(gòu)中擇一采用: 結(jié)構(gòu)一:所述超弱倏逝場光纖(8)采用拉錐光纖，所述拉錐光纖表面吸附有可飽和吸收材料;所述拉錐光纖由標(biāo)準(zhǔn)單模光纖經(jīng)拉錐處理而得，拉錐光纖上的最小直徑大于15微米，拉錐光纖上的最大直徑小于30微米，拉錐光纖上的拉錐平衡區(qū)長度大于I厘米； 結(jié)構(gòu)二:所述超弱倏逝場光纖(8)采用腐蝕光纖，所述腐蝕光纖表面吸附有可飽和吸收材料;所述腐蝕光纖由標(biāo)準(zhǔn)單模光纖經(jīng)氫氟酸溶液腐蝕而得:標(biāo)準(zhǔn)單模光纖的包層被氫氟酸溶液部分腐蝕，腐蝕后，標(biāo)準(zhǔn)單模光纖的直徑為20?40微米； 結(jié)構(gòu)三:所述超弱倏逝場光纖(8)采用光子晶體光纖，所述光子晶體光纖的內(nèi)孔壁上吸附有可飽和吸收材料;所述光子晶體光纖采用大孔薄壁柚子型光子晶體光纖； 所述可飽和吸收材料采用石墨烯、碳納米管、量子點(diǎn)或拓?fù)浣^緣體； 栗浦激光器(I)的輸出端與合束器(2)的第一輸入端連接，合束器(2)的輸出端與栗浦增益光纖(3)的一端連接，栗浦增益光纖(3)的另一端與包層功率剝離器(4)的輸入端連接，包層功率剝離器(4)的輸出端與偏振無關(guān)隔離器(5)的輸入端連接，偏振無關(guān)隔離器(5)的輸出端與正色散光纖(6 )的一端連接，正色散光纖(6 )的另一端與偏振控制器(7 )的輸入端連接，偏振控制器(7)的輸出端與超弱倏逝場光纖(8)的一端連接，超弱倏逝場光纖(8)的另一端與高功率寬帶濾波器(9)的輸入端連接，高功率寬帶濾波器(9)的輸出端與耦合器(10)的輸入端連接，親合器(10)的第一輸出端與合束器(2 )的第二輸入端連接，親合器(1 )的第二輸出端形成全光纖超快激光器的輸出端。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于可飽和吸收材料與超弱倏逝場的全光纖超快激光器，其特征在于:所述栗浦激光器(I)采用980nm栗浦激光器。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于可飽和吸收材料與超弱倏逝場的全光纖超快激光器，其特征在于:所述栗浦增益光纖(3)采用雙包層鉺鐿共摻光纖。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于可飽和吸收材料與超弱倏逝場的全光纖超快激光器，其特征在于:所述高功率寬帶濾波器(9)的帶寬為15-25 nm。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于可飽和吸收材料與超弱倏逝場的全光纖超快激光器，其特征在于:所述親合器(10)的第一輸出端和第二輸出端的分光比為9:1。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于可飽和吸收材料與超弱倏逝場的全光纖超快激光器，其特征在于:所述腐蝕光纖的長度為I?5厘米。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于可飽和吸收材料與超弱倏逝場的全光纖超快激光器，其特征在于:所述光子晶體光纖的長度為I?5厘米。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于可飽和吸收材料與超弱倏逝場的全光纖超快激光器，其特征在于:所述石墨烯為顆粒狀;所述碳納米管為顆粒狀;所述量子點(diǎn)為粉末狀;所述拓?fù)浣^緣體為粉末狀。
【文檔編號】H01S3/067GK106058623SQ201610659235
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年8月12日 公開號201610659235.0, CN 106058623 A, CN 106058623A, CN 201610659235, CN-A-106058623, CN106058623 A, CN106058623A, CN201610659235, CN201610659235.0
【發(fā)明人】朱濤, 高磊, 李雨佳, 高聰
【申請人】重慶大學(xué)