CN104716555A - 基于拓扑绝缘体的被动锁模掺铥光纤激光器 - Google Patents

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夏晶
蒋国保
陈宇
赵楚军
文双春
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Abstract

本发明提供一种基于拓扑绝缘体的被动锁模掺铥光纤激光器，包括泵浦源、波分复用器、隔离器、偏振控制器、耦合器、拓扑绝缘体饱和吸收体以及三段不同类型的光纤；泵浦源连接波分复用器的泵浦源输入端；波分复用器公共端连接单模光纤一端，单模光纤另一端连接掺铥光纤，掺铥光纤另一端连接偏振控制器，偏振控制器与拓扑绝缘体可饱和吸收体相连，拓扑绝缘体可饱和吸收体与耦合器连接，耦合器一端作为脉冲激光输出端，耦合器另一端连接隔离器输入端，隔离器输出端连接色散补偿光纤，补偿光纤的另一端连接波分复用器的信号端。本发明结构紧凑，获得的2μm波段激光稳定性好，输出脉冲宽度窄，室温下稳定工作。

Description

基于拓扑绝缘体的被动锁模掺铥光纤激光器
技术领域
本发明涉及光纤激光器，尤其是涉及一种基于拓扑绝缘体的被动锁模掺铥光纤激光器。
背景技术
被动锁模光纤激光器具有稳定性好、效率高、系统紧凑等优势，在激光遥感、激光雷达、光谱分析和军事等方面具有广泛应用[Nature Photonics,2012,6,423-431]，为了获得高峰值功率、超快的锁模激光输出，光纤激光器的谐振腔和光学元件需要仔细选择。其中，可饱和吸收体是被动锁模光纤激光器中的关键器件，它要求非线性材料具有可控的非线性吸收能力、快的响应和低的损耗。除此之外，调制深度也是可饱和吸收体的关键参数之一，高的调制深度可以增强消减脉冲边缘的效果，有利于获得超短脉冲，而且可以有效提高超快激光器的稳定性。目前，拓扑绝缘体就是一个具有大的调制深度、宽的可饱和吸收范围等特点的新一代性能优异的可饱和吸收体。基于该饱和吸收体，可以实现性能优异的宽波段被动锁模光纤激光器。
发明内容
本发明目的在于提供一种基于拓扑绝缘体的被动锁模掺铥光纤激光器。
本发明设有泵浦源、波分复用器(WDM)、隔离器、偏振控制器(PC)、耦合器(OC)、拓扑绝缘体饱和吸收体(SA)以及三段不同类型的光纤；所述波分复用器(WDM)、单模光纤、掺铥光纤、偏振控制器、拓扑绝缘体可饱和吸收体、耦合器、隔离器和色散补偿光纤构成环形腔，泵浦源连接波分复用器的泵浦源输入端；波分复用器公共端连接单模光纤一端，单模光纤另一端连接掺铥光纤，掺铥光纤另一端连接偏振控制器，偏振控制器与拓扑绝缘体可饱和吸收体相连，拓扑绝缘体可饱和吸收体与耦合器连接，耦合器一端作为脉冲激光输出端，耦合器另一端连接隔离器输入端，隔离器输出端连接色散补偿光纤，补偿光纤的另一端连接波分复用器的信号端，拓扑绝缘体可饱和吸收体作为激光被动锁模装置。
本发明具有以下突出特点：
1、本发明采用拓扑绝缘体作为可饱和吸收体用于光纤激光器被动锁模，由于拓扑绝缘体可饱和吸收的调制深度大，阀值水平低，恢复时间快，因此基于拓扑绝缘体被动锁模掺铥光纤激光器能实现高稳定性、高重复频率、高脉冲能量的激光脉冲输出；
2、本发明采用全光纤结构，损耗低，成本低，易于与光纤系统集成；
3、本发明基于不同的腔内色散都能得到稳定的锁模输出，可知获得的2.0μm波段激光稳定性好，具有较高的性价比。
附图说明：
图1为本发明实施例中的结构组成示意图。
图2为本发明实施例一中的输出脉冲图。
图3为本发明实施例一中的典型频谱图。
图4为本发明实施例二中的输出脉冲图。
图5为本发明实施例二中的典型频谱图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明作详细说明，
实施例1近零负色散被动锁模掺铥光纤激光器的构建。
如图1所示，泵浦源1连接波分复用器2的泵浦源输入端；波分复用器2公共端连接3m长的单模光纤3一端，单模光纤3另一端连接1m长的掺铥光纤4，掺铥光纤4另一端连接偏振控制器5，偏振控制器5与拓扑绝缘体可饱和吸收体6相连，拓扑绝缘体可饱和吸收体6与耦合器7连接，耦合器7一端作为脉冲激光输出端，耦合器7的10％输出端用来输出锁模脉冲，耦合器7另一端连接隔离器8输入端，隔离器8输出端连接2.8m长的色散补偿光纤9，色散补偿光纤9连接波分复用器2的信号端，波分复用器2、单模光纤3、掺铥光纤4、偏振控制器5、拓扑绝缘体可饱和吸收体6、耦合器7、隔离器8、补偿光纤9一起构成环形腔结构，实现被动锁模脉冲激光，脉冲激光通过耦合器7的10％输出端A输出。腔内总净色散为-0.008ps2。从图1到图3中可以看出，该孤子脉冲可以稳定输出。
实施例2近零正色散被动锁模掺铥光纤激光器的构建。
实施例二与实施例一的不同点在是：色散补偿光纤9的长度不同，实施例二中色散补偿光纤的长度变为2.9m，得到的腔内总净色散为0.001ps2。从图4和图5中同样可以看出，该孤子脉冲也能稳定输出。

Claims (8)

1.基于拓扑绝缘体的被动锁模掺铥光纤激光器，包括泵浦源(1)、波分复用器(2)、隔离器(3)、偏振控制器(4)、耦合器(5)、拓扑绝缘体饱和吸收体(6)、三段不同类型的光纤(7)。
2.根据权利要求1所述的拓扑绝缘体饱和吸收体(6)，其特征在于其具有大的调制深度、宽的可饱和吸收光谱范围、优异的散热性。使用的拓扑绝缘体饱和吸收体(6)可以是Bi2Te3、Bi2Se3、Sb2Te3等材料。
3.根据权利要求1所述的三段不同类型的光纤(7)分别为单模光纤、掺铥光纤、色散补偿光纤。
4.根据权利要求1所述的拓扑绝缘体(6)可以为二维拓扑绝缘体纳米材料或者三维拓扑绝缘体。
5.根据权利要求1所述的拓扑绝缘体(6)可以通过物理剥离、光学沉积、聚合物成膜等方法集成于光纤端面，或者通过倏逝波耦合方法集成于拉锥光纤、D型光纤等波导结构上。
6.根据权利要求3所述的色散补偿光纤可以为小数值光纤、微结构光纤、拉锥光纤等。通过长度调制，谐振腔可以工作于负色散、近零色散和色散区域。
7.根据权利要求1所述波分复用器(WDM)、单模光纤、掺铥光纤、偏振控制器、拓扑绝缘体可饱和吸收体、耦合器、隔离器和色散补偿光纤构成环形腔。
8.根据权利要求1所述的泵浦源连接波分复用器的泵浦源输入端；波分复用器公共端连接单模光纤一端，单模光纤另一端连接掺铥光纤，掺铥光纤另一端连接偏振控制器，偏振控制器与拓扑绝缘体可饱和吸收体相连，拓扑绝缘体可饱和吸收体与耦合器连接，耦合器一端作为脉冲激光输出端，耦合器另一端连接隔离器输入端，隔离器输出端连接色散补偿光纤，补偿光纤的另一端连接波分复用器的信号端。
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