CN111082295B - 基于腙类有机物的锁模脉冲光源及制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及基于腙类有机物的锁模脉冲光源及制备方法，主要涉及激光器技术领域，本申请通过将可饱和吸收材料设置为1‑(蒽‑9‑次甲基)‑2‑(五氟苯基)联氨有机物。锁模前的激光强度会随机变化，随机产生的光强只有足够大的时候会透射出可饱和吸收体，在激光器腔中振荡。此过程不停的重复，使得高强度的激光被放大，而低强度的光被吸收。振荡多次之后，脉冲逐渐被压缩，使得输出的脉冲的宽度减小，获得的脉冲宽度仅为1.13ps的传统孤子。并且该有机物可以在空气中长时间存在，使得激光器输出稳定，进而提高超短脉冲光纤激光器的使用寿命，从而使得投资成本降低。

Description

基于腙类有机物的锁模脉冲光源及制备方法

技术领域

本发明涉及激光器技术领域，主要介绍一种基于腙类有机物的锁模脉冲光源及制备方法。

背景技术

近年来，因为超短脉冲光纤激光器在光纤通信、材料加工、生物医学、光谱学、非线性光学、光学频率计量学等方面的应用，引起了广泛关注。大多数超短脉冲激光器是靠可饱和吸收体(SA)这种非线性光学调制元件将连续波处理成超短脉冲而实现，如此一来，SA的选取就显得尤为重要。过期几十年里有各种各样的的SA应用于超短脉冲的产生，例如石墨烯、黑膦、碳纳米管(CNTs)、过渡金属硫化物(TMDs)、可饱和吸收镜(SESAMs)、拓扑绝缘体(TIs)等。而这些SA都各自有着缺点，SESAMs除了制作工艺复杂、价格昂贵以外它的工作带宽窄，仅限于几十个纳米。CNTs的直径会直接影响超短脉冲的输出，而黑磷在空气中不稳定，易被氧化，同样也是SA的一项挑战。石墨烯与之相比是作为SA最好的选择，但是单层石墨烯调制深度低，脉冲能量和持续时间受限。对于TMDs来说，调制深度高，脉冲能量与持续时间较石墨烯来说改善很多，但是其制作工艺复杂，常使用化学气相沉积法制备(CVD)，促使研究人员寻找更易制备和性能优良的SA。

但是，现有技术的制作工艺复杂，不稳定，易被氧化的缺点，使得现有技术中的超短脉冲光纤激光器使用寿命短，进而使得投资成本高。

发明内容

本发明的目的在于，针对上述现有技术中的不足，提供一种基于腙类有机物的锁模脉冲光源及制备方法，以解决现有技术中制作工艺复杂，不稳定，易被氧化的缺点，以及现有技术中的超短脉冲光纤激光器使用寿命短，投资成本高的问题。

为实现上述目的，本发明实施例采用的技术方案如下：

第一方面，本发明实施例提供了一种基于腙类有机物的锁模脉冲光源，锁模脉冲光源包括：泵浦源、波分复用器、增益铒纤、隔离器、可饱和吸收体、偏振控制器和耦合器，波分复用器、增益铒纤、隔离器、可饱和吸收体、偏振控制器和耦合器依次通过单模光纤首尾连接，泵浦源与波分复用器连接，可饱和吸收材料为1-(蒽-9-次甲基)-2-(五氟苯基)联氨有机物。

可选地，偏振控制器耦合器的输出比为39.36％。

可选地，该泵浦源输出的波长为976纳米。

可选地，可饱和吸收体处的拉锥光纤的直径为9微米。

可选地，该隔离器为偏振无关隔离器

可选地，该耦合器的输出比为60.64％。

第二方面，本申请实施例还提供了一种基于腙类有机物的锁模脉冲光源的制备方法，方法用于制备权利要求1-6任意一种锁模脉冲光源，方法包括：

将有机物溶解于乙醇，经超声后使溶液分散均匀；

使用光学沉积方法将所述溶液沉积在拉锥光纤处；

将溶液沉积的拉锥光纤设置成为可饱和吸收体；

将所述可饱和吸收体分别与泵浦源、波分复用器、增益铒纤、隔离器、偏振控制器和耦合器连接形成锁模脉冲光源。

本发明的有益效果是：

本申请通过将可饱和吸收材料设置为1-(蒽-9-次甲基)-2-(五氟苯基)联氨有机物。锁模前的激光强度会随机变化，随机产生的光强只有足够大的时候会透射出可饱和吸收体，在激光器腔中振荡。此过程不停的重复，使得高强度的激光被放大，而低强度的光被吸收。振荡多次之后，脉冲逐渐被压缩，使得输出的脉冲的宽度减小，获得的脉冲宽度仅为1.13ps的传统孤子。并且该有机物可以在空气中长时间存在，使得激光器输出稳定，进而提高超短脉冲光纤激光器的使用寿命，从而使得投资成本降低。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1是本发明提供的一种基于腙类有机物的锁模脉冲光源的结构示意图；

图2是本发明提供的一种基于腙类有机物的锁模脉冲光源的脉冲序列图；

图3是本发明提供的一种基于腙类有机物的锁模脉冲光源输出光谱图；

图4是本发明提供的一种基于腙类有机物的锁模脉冲光源输出自相关曲线图；

图5是本发明提供的一种基于腙类有机物的锁模脉冲光源是输出频谱图。

标号：1-泵浦源；2-波分复用器；3-增益铒纤；4-隔离器；5-可饱和吸收体；6-偏振控制器；7-耦合器。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一金属板实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，术语“水平”、“竖直”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

为了使本发明的实施过程更加清楚，下面将会结合附图进行详细说明。

图1是本发明提供的一种基于腙类有机物的锁模脉冲光源的结构示意图，如图1所示，本申请实施例提供一种基于腙类有机物的锁模脉冲光源，锁模脉冲光源包括：泵浦源1、波分复用器2、增益铒纤3、隔离器4、可饱和吸收体5、偏振控制器6和耦合器7，波分复用器2、增益铒纤3、隔离器4、可饱和吸收体5、偏振控制器6和耦合器7依次通过单模光纤首尾连接，泵浦源1与波分复用器2连接，可饱和吸收体5的材料为1-(蒽-9-次甲基)-2-(五氟苯基)联氨有机物。

可饱和吸收体5用于将对应激发波长的光进行吸收，使得锁模脉冲光源输出的光的波长较为稳定单一，该泵浦源1、波分复用器2、增益铒纤3、隔离器4、可饱和吸收体5、偏振控制器6和耦合器7的规格根据实际情况进行选择，在此不做具体限定。该可饱和吸收体5的材料为1-(蒽-9-次甲基)-2-(五氟苯基)联氨有机材料，其中耦合器7的输出端输出39.36％的光用来检测脉冲质量，耦合器7的另一个输出端输出60.64％的光连接波分复用器的输入端，组成一个闭合回路的环形腔；新型光学材料沉积在拉锥光纤上接进光纤激光腔中，作为可饱和吸收体器件实现被动锁模的脉冲光源。该脉冲光源包含泵浦源1，波分复用器2，增益掺稀土光纤，单模光纤，偏振无关隔离器4，1-(蒽-9-次甲基)-2-(五氟苯基)联氨有机材料沉积在拉锥光纤上构成的可饱和吸收光学器件，偏振控制器6，输出耦合器7。由于1-(蒽-9-次甲基)-2-(五氟苯基)联氨有机材料具有窄的能隙,可以作用于近红外区域，利用可饱和吸收技术实现超短脉冲激光的输出。该发明的创新点在于不局限于无机二维材料，而拓展到分子结构易于控制的有机材料上，从而制备1-(蒽-9-次甲基)-2-(五氟苯基)联氨有机物所制成的可饱和吸收体5。首先拉锥光纤的制备必须严格控制损耗低于40％，其次锥区直径小于20微米，保证激光的倏逝波与材料相互作用。将制备的1-(蒽-9-次甲基)-2-(五氟苯基)联氨有机物溶解于无水乙醇中，采用光学沉积法将材料沉积到拉锥光纤上，同时控制沉积了材料的光纤锥区损耗低于50％。这种可饱和吸收体5所构成的激光器实现了输出更加稳定，体积小，易于集成的高效率脉冲光源。

图2是本发明提供的一种基于腙类有机物的锁模脉冲光源的脉冲序列图；图3是本发明提供的一种基于腙类有机物的锁模脉冲光源输出光谱图；图4是本发明提供的一种基于腙类有机物的锁模脉冲光源输出自相关曲线图；图5是本发明提供的一种基于腙类有机物的锁模脉冲光源是输出频谱图；如图2所示，图2横坐标表示时间，从坐标表示强度，通过图2可以得到两个脉冲序列间隔172ns；图3横坐标为波长，纵坐标为强度，通过图3可以得到3dB光谱带宽为4.4nm；图4横坐标为时间，纵坐标为归一化强度，通过图4可以得到脉冲宽度为1.13ps；图5横坐标为频率，纵坐标为强度，通过图5可以得到信噪比为54.4dB，与54.4MHz的重复频率；需要说明的是，图2、图3、图4和图5的数据均为实验得到。

名词解释：

可饱和吸收器是一种透射率与光强相关的器件。这意味着这个器件会在光线通过时依据光线的不同强度而有不同的表现。对于无源锁模来说，理想的饱和吸收体会将低强度的光吸收，而在光强足够高时让其穿过。

泵浦源1的作用是对激光工作物质进行激励，将激活粒子从基态抽运到高能级，以实现粒子数反转。根据工作物质和激光器运转条件的不同。可以采取不同的激励方式和激励装置。常见的有以下4种:光学激励(光泵浦)、气体放电激励、化学激励、核能激励。

波分复用器2将一系列载有信息、但波长不同的光信号合成一束，沿着单根光纤传输；在接收端再用某种方法，将各个不同波长的光信号分开的通信技术。波分复用器2采用的就是这个技术。

掺杂光纤是一种向常规传输光纤的石英玻璃基质中掺入微量稀土元素(如铒、镱等)的特种光纤，它也是一种主动光纤。因此可以说，掺杂光纤是由掺杂物与作为宿主的光纤基质组成的具有主动特性的特种光纤，增益铒纤3是掺杂光纤中掺铒的特种光纤。

隔离器4是一种采用线性光耦隔离原理，将输入信号进行转换输出。输入，输出和工作电源三者相互隔离，特别适合与需要电隔离的设备仪表配用。隔离器4一般采用偏振无关隔离器4是一种只允许光沿一个方向传输，而对返回的光起到隔离作用的光无源器件。

偏振控制器6广泛应用于光信号的偏振特性分析，光器件如耦合器7、隔离器4、波分复用器2、放大器、衰减器等偏振特性的测量，偏振特性对光材料性能影响分析等方面。

耦合器7是以光为媒介传输电信号的一种电一光一电转换器件。它由发光源和受光器两部分组成。把发光源和受光器组装在同一密闭的壳体内，彼此间用透明绝缘体隔离。发光源的引脚为输入端，受光器的引脚为输出端，常见的发光源为发光二极管，受光器为光敏二极管、光敏三极管等等。

将1-(蒽-9-次甲基)-2-(五氟苯基)联氨沉积于拉锥光纤构成可饱和吸收的光学器件，具体操作过程如下：

先用光纤钳剥去单模光纤的涂覆层。然后将剥去涂覆层的光纤置于火焰器之上，利用火焰灼烧光纤。当光纤受热后处于熔融状态的时候，利用机械拉伸法，缓慢的将光纤拉伸成拉锥光纤。所制备的拉锥光纤必须严格的控制其损耗低于40％，其次是锥区的直径控制在20μm以内(误差±5μm)这样的拉锥光纤才能保证激光的倏逝波与材料的相互作用。然后是沉积材料，制备的1-(蒽-9-次甲基)-2-(五氟苯基)联氨溶解于无水乙醇中然后利用光学沉积法把材料沉积到拉锥光纤上。同时控制沉积好材料的拉锥光纤的损耗低于50％。以上便是制备腙类有机物1-(蒽-9-次甲基)-2-(五氟苯基)联氨沉积于拉锥光纤构成可饱和吸学器的过程。

当获得稳定的输出脉冲序列时，测得稳定锁模的泵浦功率为297mW，基本重复频率为5.81MHz，中心波长为1563.9nm，3dB光谱谱宽为4.4nm，其对应的脉冲宽度为1.13ps，该环形腔的总腔长约为32m。

可选地，偏振控制器6耦合器7的输出比为39.36％。

可选地，该泵浦源1输出的波长为976纳米。

可选地，该可饱和吸收体处的拉锥光纤的直径为9微米。

可选地，该隔离器4为偏振无关隔离器4

可选地，该耦合器7的输出比为60.64％。

本申请通过将可饱和吸收材料设置为1-(蒽-9-次甲基)-2-(五氟苯基)联氨有机物。锁模前的激光强度会随机变化，随机产生的光强只有足够大的时候会透射出可饱和吸收体，在激光器腔中振荡。此过程不停的重复，使得高强度的激光被放大，而低强度的光被吸收。振荡多次之后，脉冲逐渐被压缩，使得输出的脉冲的宽度减小，获得的脉冲宽度仅为1.13ps的传统孤子。并且该有机物可以在空气中长时间存在，使得激光器输出稳定，进而提高超短脉冲光纤激光器的使用寿命，从而使得投资成本降低。

本申请实施例还提供了一种基于腙类有机物的锁模脉冲光源的制备方法，方法用于制备上述任意一种锁模脉冲光源，方法包括：

将有机物溶解于乙醇，经超声后使溶液分散均匀；

使用光学沉积方法将所述溶液沉积在拉锥光纤处；

将溶液沉积的拉锥光纤设置成为可饱和吸收体；

将可饱和吸收体分别与泵浦源、波分复用器、增益铒纤、隔离器、偏振控制器和耦合器连接形成锁模脉冲光源。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种基于腙类有机物的锁模脉冲光源，其特征在于，所述锁模脉冲光源包括：泵浦源、波分复用器、增益铒纤、隔离器、可饱和吸收体、偏振控制器和耦合器，所述波分复用器、所述增益铒纤、所述隔离器、所述可饱和吸收体、所述偏振控制器和所述耦合器依次通过单模光纤首尾连接，所述泵浦源与所述波分复用器连接，所述可饱和吸收体材料为 1-（蒽-9-次甲基）-2-（五氟苯基）联氨有机物，所述1-（蒽-9-次甲基）-2-（五氟苯基）联氨有机物作用于近红外区域。

2.根据权利要求 1所述的基于腙类有机物的锁模脉冲光源，其特征在于，所述耦合器的输出比为 39.36%。

3.根据权利要求 1所述的基于腙类有机物的锁模脉冲光源，其特

征在于，所述泵浦源输出的波长为 976 纳米。

4.根据权利要求 1所述的基于腙类有机物的锁模脉冲光源，其特

征在于，所述可饱和吸收体处的拉锥光纤的直径为 9 微米。

5.根据权利要求 1所述的基于腙类有机物的锁模脉冲光源，其特征在于，所述隔离器为偏振无关隔离器。

6.根据权利要求 1所述的基于腙类有机物的锁模脉冲光源，其特征在于，所述耦合器的输出比为 60.64%。

7.一种基于腙类有机物的锁模脉冲光源的制备方法，其特征在于，所述方法用于制备权利要求 1-6任意一种锁模脉冲光源，所述方法包括：

将有机物溶解于乙醇，经超声后使溶液分散均匀；

使用光学沉积方法将所述溶液沉积在拉锥光纤处；

将溶液沉积的拉锥光纤设置成为可饱和吸收体；

将所述可饱和吸收体分别与泵浦源、波分复用器、增益铒纤、隔离器、偏振控制器和耦合器连接形成锁模脉冲光源。

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