CN107634445B - 基于非线性偏振旋转技术与石墨炔的混合锁模脉冲激光器 - Google Patents
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Abstract
一种基于非线性偏振旋转技术与石墨炔的混合锁模脉冲激光器,具有用于输出泵浦光的泵浦源，泵浦源光出射方向依次设置有波分复用器、无源光纤、高增益铒纤、偏振调制器、石墨炔锁模器、隔离器、耦合器；利用非线性偏振旋转技术与石墨炔光学器件混合作用实现超短脉冲的产生，由于石墨炔光学材料具有窄的光学带隙可以作用在近红外区域，另外加上非线性偏振旋转技术共同作用，可以进一步提升超短脉冲激光的输出性能，本发明可实现输出性能更加稳定、体积小、易于集成的高效率脉冲光源。
Description
技术领域
本发明属于激光器技术领域，具体涉及到一种基于非线性偏振旋转技术与石墨炔的混合锁模脉冲激光器。
背景技术
超短脉冲激光锁模技术是当前激光物理学，材料科学，纳米技术和生物医学的一个重要研究方法。为了实现大功率输出光纤激光器，在激光技术领域，我们在激光腔内加入可饱和吸收体和一些非线性系数较好的二维材料是获得超短脉冲最常用的方法，如拓扑绝缘体(Bi2Te3、Bi2Se3、Sb2Te3)和二维材料如WS2、MoS2等。这些物质的特点是具有可调的非线性吸收系数，接收与反馈信号光的时间短，并且光通过后对光的损耗较低，所以这些化合物可作为光吸收材料加入到激光器中，因此可以得到高功率、宽波段的混合锁模脉冲光源。
近年来，由于石墨炔(graphdiyne)具有良好的半导体性能，以及它的内部电子排列都比较特殊，因此该新型材料有望可以作为新型非线性光学器件而被应用于超短脉冲激光领域。因此，在原有的环形腔内加入石墨炔材料后，由于其和偏振相关隔离器共同作用，能够输出更加稳定的超短脉冲。故可将其作为可饱和吸收材料加入锁模器件中。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术的缺陷,提供一种设计合理、结构简单、将非线性偏振旋转技术与石墨炔新型光学材料混合进行锁模、重复频率高、稳定性好、成本低、容易实现的基于非线性偏振旋转技术与石墨炔的混合锁模脉冲激光器。
解决上述技术问题采用的技术方案是：具有用于输出泵浦光的泵浦源，泵浦源光出射方向依次设置有波分复用器、无源光纤、高增益铒纤、偏振调制器、石墨炔锁模器、隔离器、耦合器；
所述的泵浦源的输出端接波分复用器的a输入端，波分复用器的c输出端接无源光纤和高增益铒纤，高增益铒纤的输出端接偏振调制器，偏振调制器的输出端接石墨炔锁模器，石墨炔锁模器的输出端接隔离器，隔离器的输出端接耦合器的d输入端，耦合器的f输出端输出40％的光用来检测光谱、e输出端输出60％的光进入波分复用器的b输入端，形成一个闭合回路的环形腔。
本发明的石墨炔锁模器为：第一单模光纤和第二单模光纤通过法兰盘连接，第一单模光纤的接头与第二单模光纤的接头相对设置，第一单模光纤的接头处设置有石墨炔吸收体。
本发明的石墨炔吸收体由石墨炔溶液通过液相沉积法将石墨炔溶液沉积在第一单模光纤接头处。
本发明的石墨炔吸收体制备过程如下：
S1、利用液相沉积法将含有85％石墨炔、10％氯苯、5％石墨炔聚合物的石墨炔溶液附着在第一单模光纤接头处：将第一单模光纤接头倒立放置，在第一单模光纤接头处涂上石墨炔溶液；
S2、待溶液挥发后再次重复步骤1，直至石墨炔溶质完全覆盖在第一单模光纤接头表面；
S3、在完全覆盖的第一单模光纤接头表面涂上聚乙烯醇放置石墨炔挥发。
5、根据权利要求2所述的基于非线性偏振旋转技术与石墨炔的混合锁模脉冲激光器，其特征在于：所述的石墨炔吸收体由石墨炔薄膜通过光学沉积法设置在第一单模光纤接头处。
本发明的石墨炔薄膜的制备方法如下：
S1、称取1.5mg的石墨炔粉末与1.5mL的氯苯溶液混合，密封超声振荡10h；
S2、称取0.3g的聚甲基丙稀酸甲脂、3mL的丙酮溶液混合，将混合液在磁力搅拌机下搅拌2h使聚甲基丙稀酸甲脂晶体充分溶解，磁力搅拌时的温度低于50℃，搅拌完成后密封上述胶体超声振荡10h；
S3、将1.5ml的石墨炔溶液与3mL步骤2制备的溶液混合，超声振荡10h；
S4、将步骤3制备好的溶液每次滴取0.25mL在旋涂机上分别以1000rad/min、1200rad/min、1500rad/min的转速旋涂30s，制得厚度不同的三种石墨炔薄膜；
S5、将旋涂过的石墨炔薄膜放置在烘干箱内烘干1h。
本发明的泵浦源输出的波长为974～980nm。
8、根据权利要求1所述的基于非线性偏振旋转技术与石墨炔的混合锁模脉冲激光器，其特征在于：所述的隔离器为偏振相关隔离器。
本发明的耦合器是输出比为40％：60％的2*2耦合器。
本发明的隔离器与石墨炔锁模器共同作用构成混合锁模机制。
本发明相比于现有技术具有以下优点：
1、本发明的脉冲光源采用混合锁模技术产生超短脉冲，不要求增加调制源，可以发生自启动，易于实现；
2、本发明中的激光器所有器件的连接方式都采用熔接的方式，熔接损耗小于0.01dB，因此大幅降低了连接损耗，降低了对泵浦源的功率要求，该脉冲光源的制作成本低，结构简单；
3、本发明激光器输出的超短脉冲激光的重复频率高、稳定性好易于作为高功率脉冲激光器的震荡光源。
附图说明
图1是本发明一个实施例的结构示意图。
图2图1中石墨炔锁模器6的结构示意图。
图3是耦合器8的f输出端通过光电转换器后接入示波器的单个脉冲时域图。
图4是耦合器8的f输出端通过光电转换器后接入示波器的时域图。
图5是输出光谱图。
图6是输出自相关曲线图。
图7是输出频谱图。
图中：1、泵浦源；2、波分复用器；3、无源光纤；4、高增益铒纤；5、偏振调制器；6、石墨炔锁模器；7、隔离器；8、耦合器。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细说明，但本发明不限于这些实施例。
实施例1
在图1、2中，本发明基于非线性偏振旋转技术与石墨炔的混合锁模脉冲激光器具有用于输出泵浦光的泵浦源1，本实施例的泵浦源1输出的波长为976nm，泵浦源1光出射方向依次设置有波分复用器2、无源光纤3、高增益铒纤4、偏振调制器5、石墨炔锁模器6、隔离器7、耦合器8；本实施例的波分复用器2双波长为980/1550nm，损耗分别为0.15/0.14dB；隔离度分别为25.92/25.95dB。高增益铒纤4的芯径为4μm，包层直径125μm。耦合器8是输出比为40％：60％的2*2耦合器。
泵浦源1的输出端接波分复用器2的a输入端，生成的信号光通过无源光纤3进入高增益铒纤4，本实施例的无源光纤3为单模光纤，高增益铒纤4的输出的信号光进入偏振调制器5，调节偏振控制器5可以改变输出光偏振态，偏振调制器5的输出端接石墨炔锁模器6，本实施例的石墨炔锁模器6由第一单模光纤6-1、第二单模光纤6-3、法兰盘6-2连接构成，第一单模光纤6-1和第二单模光纤6-3通过法兰盘6-2连接，第一单模光纤6-1的接头与第二单模光纤6-3的接头相对设置，第一单模光纤6-1的接头处设置有石墨炔吸收体6-4，由于石墨炔纳米颗粒之间的非线性隐失场相互作用，输出的信号光经过隔离器7，本实施例的隔离器7为偏振相关隔离器，隔离器7的输出的信号光经耦合器8的d输入，40％的信号光从耦合器8的f输出端输出用来检测光谱、60％的信号光从耦合器8的e输出端输出进入波分复用器2的b输入端回到腔内，形成一个闭合回路的环形腔。本实施例中偏振调制器5与隔离器7组合相当于一个可饱和吸收体，调节偏振调制器5可是腔内的光发生非线性偏转效应，当调节偏振调制器5时，由于输出光的脉冲能量强度不同而发生非线性相位移动，再次经过检偏器时，会由于脉冲的不同部分而产生光吸收效应，从而得到超短脉冲。本实施例的隔离器7与石墨炔锁模器6共同作用构成混合锁模机制。
本实施例中石墨炔吸收体6-4由石墨炔溶液通过液相沉积法将石墨炔溶液沉积在第一单模光纤6-1接头处，也可以说设置在第二单模光纤6-3接头处，石墨炔吸收体6-4制备过程如下：
S1、利用液相沉积法将含有85％石墨炔、10％氯苯、5％石墨炔聚合物的石墨炔溶液附着在第一单模光纤6-1接头处：将第一单模光纤6-1接头倒立放置，在第一单模光纤6-1接头处涂上石墨炔溶液；
S2、待溶液挥发后再次重复步骤1，直至石墨炔溶质完全覆盖在第一单模光纤6-1接头表面；
S3、在完全覆盖的第一单模光纤6-1接头表面涂上聚乙烯醇放置石墨炔挥发。
实施例2
在上述实施例1中，本实施例的石墨炔吸收体6-4由石墨炔薄膜通过光学沉积法设置在第一单模光纤6-1接头处，石墨炔薄膜的制备方法如下：
S1、称取1.5mg的石墨炔粉末与1.5mL的氯苯溶液混合，密封超声振荡10h；
S2、称取0.3g的聚甲基丙稀酸甲脂、3mL的丙酮溶液混合，将混合液在磁力搅拌机下搅拌2h使聚甲基丙稀酸甲脂晶体充分溶解，磁力搅拌时的温度低于50℃，搅拌完成后密封上述胶体超声振荡10h；
S3、将1.5ml的石墨炔溶液与3mL步骤2制备的溶液混合，超声振荡10h；
S4、将步骤3制备好的溶液每次滴取0.25mL在旋涂机上分别以1000rad/min、1200rad/min、1500rad/min的转速旋涂30s，制得厚度不同的三种石墨炔薄膜；
S5、将旋涂过的石墨炔薄膜放置在烘干箱内烘干1h。
通过光学沉积法将制成薄膜的石墨炔加入第一单模光纤6-1接头处，通光以后，在光纤线芯中传播的光会因为光纤形变而进入光纤包层中，从而有一小部分光透出包层进入溶液形成渐逝波，由于光纤接口处的渐逝波与溶液相互作用产生的热效应，经过一段时间后，光纤接口处就会附着了石墨炔可饱和吸收体溶液，进而形成石墨炔可饱和吸收体；本实施例的其余各零部件以及零部件的连接关系与实施例1完全相同。
实施例3
在上述实施例1、2中，本实施例的泵浦源1输出的波长为974nm，其余各零部件以及零部件的连接关系与实施例1完全相同。
实施例4
在上述实施例1、2中，本实施例的泵浦源1输出的波长为980nm，其余各零部件以及零部件的连接关系与实施例1完全相同。
连接好本发明之后，进行通光实验，图3是本发明耦合器8的f输出端通过光电转换器后接入示波器的单个脉冲时域图，图4是耦合器8的f输出端通过光电转换器后接入示波器的时域图，图5是输出光谱图，图6是输出自相关曲线图，图7是输出频谱图，当获得稳定的输出脉冲序列时，测得稳定锁模阈值泵浦电流为156mW—241mW，频率为14.49MHz，中心波长为1527.79nm，3dB谱宽为3.26nm，正脉宽为1ps，该线形腔的总腔长约为14.68m。
Claims (4)
1.一种基于非线性偏振旋转技术与石墨炔的混合锁模脉冲激光器,具有用于输出泵浦光的泵浦源，泵浦源光出射方向依次设置有波分复用器、无源光纤、高增益铒纤、偏振调制器、石墨炔锁模器、隔离器、耦合器；
其特征在于：所述的泵浦源的输出端接波分复用器的a输入端，波分复用器的c输出端接无源光纤和高增益铒纤，高增益铒纤的输出端接偏振调制器，偏振调制器的输出端接石墨炔锁模器，石墨炔锁模器的输出端接隔离器，隔离器的输出端接耦合器的d输入端，耦合器的f输出端输出40%的光用来检测光谱、e输出端输出60%的光进入波分复用器的b输入端，形成一个闭合回路的环形腔；隔离器为偏振相关隔离器，隔离器与石墨炔锁模器共同作用构成混合锁模机制；
所述的石墨炔锁模器为：第一单模光纤和第二单模光纤通过法兰盘连接，第一单模光纤的接头与第二单模光纤的接头相对设置，第一单模光纤的接头处设置有石墨炔吸收体；
所述的石墨炔吸收体由石墨炔溶液通过液相沉积法将石墨炔溶液沉积在第一单模光纤接头处；或者所述的石墨炔吸收体由石墨炔薄膜通过光学沉积法设置在第一单模光纤接头处；
所述的泵浦源输出的波长为974 nm、976 nm、980nm。
2.根据权利要求1所述的基于非线性偏振旋转技术与石墨炔的混合锁模脉冲激光器，其特征在于所述的石墨炔吸收体制备过程如下：
S1、利用液相沉积法将含有85%石墨炔、10%氯苯、5%石墨炔聚合物的石墨炔溶液附着在第一单模光纤接头处：将第一单模光纤接头倒立放置，在第一单模光纤接头处涂上石墨炔溶液；
S2、待溶液挥发后再次重复步骤1，直至石墨炔溶质完全覆盖在第一单模光纤接头表面；
S3、在完全覆盖的第一单模光纤接头表面涂上聚乙烯醇放置石墨炔挥发。
3.根据权利要求1所述的基于非线性偏振旋转技术与石墨炔的混合锁模脉冲激光器，其特征在于：所述的石墨炔薄膜的制备方法如下：
S1、称取1.5mg的石墨炔粉末与1.5mL的氯苯溶液混合，密封超声振荡10h；
S2、称取0.3g的聚甲基丙稀酸甲脂、3mL的丙酮溶液混合，将混合液在磁力搅拌机下搅拌2h使聚甲基丙稀酸甲脂晶体充分溶解，磁力搅拌时的温度低于50℃，搅拌完成后密封上述胶体超声振荡10h；
S3、将1.5ml的石墨炔溶液与3mL步骤2制备的溶液混合，超声振荡10h；
S4、将步骤3制备好的溶液每次滴取0.25mL在旋涂机上分别以1000 rad/min、1200rad/min、1500 rad/min的转速旋涂30s，制得厚度不同的三种石墨炔薄膜；
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4.根据权利要求1所述的基于非线性偏振旋转技术与石墨炔的混合锁模脉冲激光器，其特征在于：所述的耦合器是输出比为40%：60%的2×2耦合器。
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2017
- 2017-10-31 CN CN201711039971.7A patent/CN107634445B/zh active Active
Patent Citations (5)
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Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 石墨烯锁模掺铒光纤脉冲激光器的实验研究;田振 等;《中国激光》;第2-3节 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN107634445A (zh) | 2018-01-26 |
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Legal Events
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