CN111564749A - 基于硫化铅产生飞秒激光脉冲信号的装置及激光器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于硫化铅产生飞秒激光脉冲信号的装置及激光器，包括可饱和吸收装置以及偏振控制器和光纤耦合器；可饱和吸收装置包括光纤跳线以及通过干法转移法转移到所述光纤跳线上的可饱和吸收体，可饱和吸收体由硫化铅制成；光纤跳线包括壳体、设置在壳体上的输入光纤和输出光纤以及连接器，输入光纤连接到偏振控制器的输出端，输出光纤连接到光纤耦合器的输入端；可饱和吸收体设置在连接器上。本发明提供的基于硫化铅产生飞秒激光脉冲信号的装置采用硫化铅制作可饱和吸收体，从而产生飞秒激光脉冲信号，具有成本低廉、制备方法简单、器件结构简单、输出信号稳定等特点，实现稳定锁模，可适用于不同的激光器中。
Description
技术领域
本发明涉及光电技术领域，具体是一种基于硫化铅产生飞秒激光脉冲信号的装置及激光器。
背景技术
由于飞秒激光脉冲信号具有数据传输速率高、脉冲宽度窄、高空间分辨率、高带宽、光束质量好等优点，因此被广泛用于无线通信、材料加工和显微成像等诸多领域。
最初发展的被动调Q和被动锁模激光器中的锁模技术是一种常见的产生飞秒脉冲激光的方法，常用的锁模技术分为两种：克尔透镜锁模和被动锁模，其中克尔透镜锁模的原理是材料的折射率会随光强变化使得激光器运转中的尖峰脉冲得到的增益高出连续的背景激光增益，从而最终实现短脉冲输出，但是它最大的问题是锁模时一般不可以自启动，再加上半导体激光器泵浦源的克尔效应很弱，也需要用可饱和吸收体这种被动锁模机制；被动锁模是在激光腔内加入可饱和吸收体来产生脉冲激光，它的特点是器件结构简单。
可饱和吸收体作为飞秒激光脉冲信号激光器的重要核心关键器件，研究人员在不断寻找性能优异的可饱和吸收体。一个合适的可饱和吸收体对于材料的关键要求是响应时间快、波长范围宽、非线性系数大、光损失阈值高、低成本并且易于集成到激光器系统中。传统的激光器中研究人员采用的是染料制作可饱和吸收体，但是染料具有带毒性、易变质、寿命短、要经常更换等缺点，已逐渐被淘汰。近年来，半导体材料因为在很宽的范围内有可变的吸收带以及半导体外延技术的发展使得半导体逐渐成为制备可饱和吸收体的新材料。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种基于硫化铅产生飞秒激光脉冲信号的装置及激光器，结构简单，实现稳定锁模且达到了输出信号稳定和高峰值功率的要求。
为了解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：一种基于硫化铅产生飞秒激光脉冲信号的装置，包括可饱和吸收装置以及分别固定在所述可饱和吸收装置两端的偏振控制器和光纤耦合器；其中，
所述可饱和吸收装置包括光纤跳线以及通过干法转移法转移到所述光纤跳线上的可饱和吸收体，所述可饱和吸收体由硫化铅制成；
所述光纤跳线包括壳体、设置在所述壳体上的输入光纤和输出光纤以及设置在所述输入光纤和输出光纤之间的连接器，所述输入光纤连接到所述偏振控制器的输出端，所述输出光纤连接到所述光纤耦合器的输入端；所述可饱和吸收体设置在所述连接器上。
进一步的，所述连接器包括位于所述壳体内的第一连接光纤和第二连接光纤，所述可饱和吸收体包括夹持在所述第一连接光纤的尾端和第二连接光纤的首端之间的硫化铅微米片，所述第一连接光纤与输入光纤相连，所述第二连接光纤与输出光纤相连。
进一步的，所述可饱和吸收体还包括分别喷涂在所述第一连接光纤与第二连接光纤外壁上的薄膜层，所述薄膜层由硫化铅制成。
进一步的，所述第一连接光纤的尾端和第二连接光纤的首端连接处外侧设置有用于连接和固定二者的光纤法兰。
进一步的，所述第一连接光纤与输入光纤一体成型，所述第二连接光纤与输出光纤一体成型。
进一步的，所述硫化铅微米片的制备包括以下步骤：
S1，取0.25g硫化铅粉末作为前驱体原材料放于石英舟中，将载有硫化铅粉末的石英舟置于石英管中部，石英管穿过管式炉且二者中部重合；在石英管下游区域放置载有硅片的石英舟，硅片作为硫化铅微米片生长的衬底；
S2，在硫化铅微米片生长之前，在石英管中通入氮气，流速为200sccm，保持30分钟，以排出系统里的氧气；
S3，设置管式炉中心温度为840摄氏度、硅片所处的下游沉积区温度为480摄氏度，升温时间为30分钟，当管式炉中心温度达到840摄氏度时，保持该温度10分钟，随后停止管式炉加热，使系统自然冷却到室温，生长过程中，持续通入氮气，流速为30sccm。
进一步的，所述硫化铅粉末的纯度为99.99％，所述氮气的纯度为99.9％。
本发明还提供一种基于硫化铅产生飞秒激光脉冲信号的激光器，包括泵浦源、波分复用器、增益光纤、偏振无关隔离器、输出信号端以及如权利要求至任一项所述的基于硫化铅产生飞秒激光脉冲信号的装置；
所述波分复用器、增益光纤、偏振无关隔离器、基于硫化铅产生飞秒激光脉冲信号的装置中的偏振控制器、基于硫化铅产生飞秒激光脉冲信号的装置中的可饱和吸收装置以及基于硫化铅产生飞秒激光脉冲信号的装置中的光纤耦合器通过光纤依次连接并形成回路；
所述泵浦源以及光纤耦合器的耦合器第一输出端均与所述波分复用器的输入端相连，所述光纤耦合器的耦合器第二输出端与所述输出信号端相连；
由泵浦源输出激光，依次通过波分复用器、增益光纤和偏振无关隔离器，由偏振控制器调整激光的偏振态后，激光再经过可饱和吸收装置后到达光纤耦合器，最后再返回到波分复用器内。
进一步的，所述泵浦源是半导体激光器。
进一步的，所述增益光纤为稀土类掺杂光纤。
与现有技术相比，本发明的有益之处是：
一、本发明提供的基于硫化铅产生飞秒激光脉冲信号的装置采用硫化铅制作可饱和吸收体，从而产生飞秒激光脉冲信号，具有成本低廉、制备方法简单、器件结构简单、输出信号稳定等特点，实现稳定锁模，基于上述优点使其可适用于不同的激光器中。
二、本发明提供的激光器采用了所述基于硫化铅产生飞秒激光脉冲信号的装置，利用硫化铅的非线性吸收特性，对从输入光纤进入壳体的激光的时域特性进行调制，同时通过偏振控制器调整激光的偏振态，实现稳定信号和高峰值功率的输出要求。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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示出的结构获得其他的附图。
下面结合附图对本发明进一步说明：
图1是基于硫化铅产生飞秒激光脉冲信号的装置的结构示意图；
图2是可饱和吸收装置的结构示意图；
图3是图2中A的局部放大图；
图4是可饱和吸收装置的实物图；
图5是基于硫化铅产生飞秒激光脉冲信号的激光器的结构示意图；
图6是本发明所述激光器的220mV下的输出脉冲序列图；
图7是本发明所述激光器实验结果的自相关曲线图；
图8是本发明所述硫化铅微米片的制备方法步骤；
1、泵浦源；2、波分复用器；3、增益光纤；4、偏振无关隔离器；5、偏振控制器；6、可饱和吸收装置；7、光纤耦合器；8、输出信号端；9、可饱和吸收体；10、石英管；11、石英舟；12、管式炉；51、激光输入端；52、激光输出端；61、壳体；62、输入光纤；63、输出光纤；641、第一连接光纤；642、第二连接光纤；643、硫化铅微米片；644、光纤法兰；645、薄膜层；71、耦合器输入端；72、耦合器第一输出端；73、耦合器第二输出端。
具体实施方式
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，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。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。
需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接，还可以是物理连接或无线通信连接；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或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
另外，本发明各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
实施例一
如附图1所示，本发明公开了一种基于硫化铅产生飞秒激光脉冲信号的装置，包括可饱和吸收装置6以及分别固定在所述可饱和吸收装置6两端的偏振控制器5和光纤耦合器7，所述可饱和吸收装置6包括光纤跳线以及通过干法转移法转移到所述光纤跳线上的可饱和吸收体9，所述可饱和吸收体9由硫化铅制成；所述光纤跳线包括壳体61、设置在所述壳体61上的输入光纤62和输出光纤63以及设置在所述输入光纤62和输出光纤63之间的连接器，所述输入光纤62连接到所述偏振控制器5的输出端，所述输出光纤63连接到所述光纤耦合器7的输入端；所述可饱和吸收体9设置在所述连接器上。
更具体的，所述偏振控制器5上设置有激光输入端51和激光输出端52，激光输入端51用于与外接激光源相连，激光从激光输入端51进入经偏振控制器5处理后，使得从激光输出端52输出的激光的偏振态可调；激光输出端52与所述输入光纤62相连，使得偏振态可调激光进入到可饱和吸收装置6，输入光纤62和输出光纤63在壳体61内通过连接器相连，使得激光经过连接器后输出光纤63内产生光脉冲，利用硫化铅的非线性吸收特性，对从输入光纤62进入到壳体61内的激光的时域特性进行调制，从而实现脉冲激光的输出。
更具体的，如图2至图3所示，所述连接器包括位于所述壳体61内的第一连接光纤641和第二连接光纤642，所述可饱和吸收体9包括夹持在所述第一连接光纤641的尾端和第二连接光纤642的首端之间的硫化铅微米片643，所述第一连接光纤641与输入光纤62相连，所述第二连接光纤642与输出光纤63相连，所述第一连接光纤641的尾端和第二连接光纤642的首端连接处外侧设置有用于连接和固定二者的光纤法兰644，两个光纤法兰644在连接第一连接光纤641和第二连接光纤642的过程中将硫化铅微米片643夹持在第一连接光纤641和第二连接光纤642之间；激光从输出光纤63进入到第一连接光纤641，并从所述第一连接光纤641的尾端射出，穿过硫化铅微米片643后进入到第二连接光纤642，在此过程中，利用硫化铅的非线性吸收特性，对从输入光纤62进入壳体61的激光的时域特性进行调制，进而在输出光纤63中产生脉冲。
作为优选，所述第一连接光纤641与输入光纤62一体成型，所述第二连接光纤642与输出光纤63一体成型，从而便于各组成部分的连接与激光的通过；所述可饱和吸收体9还包括分别喷涂在所述第一连接光纤641与第二连接光纤642外壁上的薄膜层645，所述薄膜层645由硫化铅制成，在激光经过第一连接光纤641与第二连接光纤642的过程中，利用硫化铅的非线性吸收特性和光纤外层的倏逝场效应，对输入光纤62进入壳体61的激光的时域特性进行调制，从而提升脉冲的激发效果。
本实施例所述的基于硫化铅产生飞秒激光脉冲信号的装置采用硫化铅制作可饱和吸收体9，从而产生飞秒激光脉冲信号，具有成本低廉、制备方法简单、器件结构简单、输出信号稳定等特点，实现稳定锁模，可适用于不同的激光器中。
实施例二
如附图4所示，本发明在实施例一的基础上还提供一种基于硫化铅产生飞秒激光脉冲信号的激光器，包括泵浦源1、波分复用器2、增益光纤3、偏振无关隔离器4、输出信号端8以及如实施例一所述的基于硫化铅产生飞秒激光脉冲信号的装置；所述波分复用器2、增益光纤3、偏振无关隔离器4、基于硫化铅产生飞秒激光脉冲信号的装置中的偏振控制器5、基于硫化铅产生飞秒激光脉冲信号的装置中的可饱和吸收装置6以及基于硫化铅产生飞秒激光脉冲信号的装置中的光纤耦合器7通过光纤依次连接并形成回路；所述泵浦源1以及光纤耦合器7的耦合器第一输出端72均与所述波分复用器2的输入端相连，所述光纤耦合器7的耦合器第二输出端73与所述输出信号端8相连，输出信号端8连接光电探测器将光信号转为电信号然后通过示波器观察锁模脉冲序列信号。
具体的，泵浦源1选取中心波长在976nm的半导体激光器，在本实施例中其输出功率为0-750mW且功率可调，所述增益光纤3为3m长的掺铒单模光纤，具有吸收增益谱宽、高光电转换效率、容易输出脉冲激光等特点，单模光纤连接各个器件，整个回路长为15.35m。
本实施例中的泵浦源1用于输出激光，波分复用器2用于对激光和反馈光信号进行光信号合成、增益光纤3用于接收所述波分复用器2输出的合成光束，偏振无关隔离器4用于确保激光的单向传输，偏振控制器5用于接收从偏振无关隔离器4中输出的激光，对激光进行偏振处理后，输出至可饱和吸收装置6，可饱和吸收装置6利用其中的硫化铅微米片643和薄膜层645的非线性特性对激光进行处理并输出至光纤耦合器7，光纤耦合器7用于分光并通过耦合器第一输出端72连接到输出信号端8，通过耦合器第二输出端73连接回波分复用器2形成回路，输出信号端8接入到示波器。
本实施例的具体使用过程是：泵浦源1输出的激光通过波分复用器2的光信号合成进入到增益光纤3，由增益光纤3进行增益后入射到偏振无关隔离器4中进行单向传输，偏振控制器5接收到从偏振无关隔离器4出射的激光后对其进行偏振态调整，再进入到可饱和吸收装置6，在可饱和吸收体9的作用下，通过光纤耦合器7进行分光，一部分光进入到示波器进行测量，可以测量出输出功率和接入光谱仪测量光波长，另一部分再返回到波分复用器2内。
实施例三
本发明还提供一种上述的硫化铅微米片的制备方法，是在装有石英管10的管式炉中通过物理气相沉积法制备得到的，如图8所示，具体包括以下步骤：
S1，取0.25g高纯度的硫化铅粉末作为前驱体原材料放于石英舟11中，将载有硫化铅粉末的石英舟11置于石英管10中部，石英管10作为管式炉12的一部分，石英管10穿过管式炉12且二者中部重合或接近重合；在石英管10下游区域放置载有硅片的石英舟11，硅片作为硫化铅微米片643生长的衬底；
S2，在硫化铅微米片643生长之前，在石英管10中通入高纯度的氮气，流速为200sccm，保持30分钟，以排出系统里更具体为石英管10中的氧气；
S3，设置管式炉12中心温度为840摄氏度、硅片所处的下游沉积区温度为480摄氏度，升温时间为30分钟，当管式炉12中心温度达到840摄氏度时，保持该温度10分钟，随后停止管式炉12加热，使系统自然冷却到室温，生长过程中，持续通入氮气，流速为30sccm。
作为优选，所述硫化铅粉末的纯度为99.99％，所述氮气的纯度为99.9％。
以含有硫化铅微米片的可饱和吸收体用于本实施例中基于硫化铅产生飞秒激光脉冲信号的激光器进行试验，获得在220mV下的输出脉冲序列图如图6所示，获得实验结果的自相关曲线图如图7所示；由实验结果可知，本发明制备的含有硫化铅微米片643的可饱和吸收体能够达到理想的脉冲激发效果。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (10)
1.一种基于硫化铅产生飞秒激光脉冲信号的装置，其特征在于，包括可饱和吸收装置(6)以及分别固定在所述可饱和吸收装置(6)两端的偏振控制器(5)和光纤耦合器(7)；其中，
所述可饱和吸收装置(6)包括光纤跳线以及通过干法转移法转移到所述光纤跳线上的可饱和吸收体(9)，所述可饱和吸收体(9)由硫化铅制成；
所述光纤跳线包括壳体(61)、设置在所述壳体上的输入光纤(62)和输出光纤(63)以及设置在所述输入光纤(62)和输出光纤(63)之间的连接器，所述输入光纤(62)连接到所述偏振控制器(5)的输出端，所述输出光纤(63)连接到所述光纤耦合器(7)的输入端；所述可饱和吸收体(9)设置在所述连接器上。
2.根据权利要求1所述的基于硫化铅产生飞秒激光脉冲信号的装置，其特征在于，所述连接器包括位于所述壳体(61)内的第一连接光纤(641)和第二连接光纤(642)，所述可饱和吸收体(9)包括夹持在所述第一连接光纤(641)的尾端和第二连接光纤(642)的首端之间的硫化铅微米片(643)，所述第一连接光纤(641)与输入光纤(62)相连，所述第二连接光纤(642)与输出光纤(63)相连。
3.根据权利要求2所述的基于硫化铅产生飞秒激光脉冲信号的装置，其特征在于，所述可饱和吸收体(9)还包括分别喷涂在所述第一连接光纤(641)与第二连接光纤(642)外壁上的薄膜层(645)。
4.根据权利要求3所述的基于硫化铅产生飞秒激光脉冲信号的装置，其特征在于，所述第一连接光纤(641)的尾端和第二连接光纤(642)的首端连接处外侧设置有用于连接和固定二者的光纤法兰(644)。
5.根据权利要求4所述的基于硫化铅产生飞秒激光脉冲信号的装置，其特征在于，所述第一连接光纤(641)与输入光纤(62)一体成型，所述第二连接光纤(642)与输出光纤(63)一体成型。
6.根据权利要求2所述的基于硫化铅产生飞秒激光脉冲信号的装置，其特征在于，所述硫化铅微米片(643)的制备包括以下步骤：
S1，取0.25g硫化铅粉末作为前驱体原材料放于石英舟(11)中，将载有硫化铅粉末的石英舟(11)置于石英管(10)中部，石英管(10)穿过管式炉(12)且二者中部重合；在石英管(10)下游区域放置载有硅片的石英舟(11)，硅片作为硫化铅微米片(643)生长的衬底；
S2，在硫化铅微米片(643)生长之前，在石英管(10)中通入氮气，流速为200sccm，保持30分钟，以排出系统里的氧气；
S3，设置管式炉(12)中心温度为840摄氏度、硅片所处的下游沉积区温度为480摄氏度，升温时间为30分钟，当管式炉(12)中心温度达到840摄氏度时，保持10分钟，随后停止管式炉(12)加热，使系统自然冷却到室温，生长过程中，持续通入氮气，流速为30sccm。
7.根据权利要求6所述的基于硫化铅产生飞秒激光脉冲信号的装置，其特征在于，所述硫化铅粉末的纯度为99.99％，所述氮气的纯度为99.9％。
8.一种基于硫化铅产生飞秒激光脉冲信号的激光器，其特征在于，包括泵浦源(1)、波分复用器(2)、增益光纤(3)、偏振无关隔离器(4)、输出信号端(8)以及如权利要求1至7任一项所述的基于硫化铅产生飞秒激光脉冲信号的装置；
所述波分复用器(2)、增益光纤(3)、偏振无关隔离器(4)、基于硫化铅产生飞秒激光脉冲信号的装置中的偏振控制器(5)、基于硫化铅产生飞秒激光脉冲信号的装置中的可饱和吸收装置(6)以及基于硫化铅产生飞秒激光脉冲信号的装置中的光纤耦合器(7)通过光纤依次连接并形成回路；
所述泵浦源(1)以及光纤耦合器(7)的耦合器第一输出端(72)均与所述波分复用器(2)的输入端相连，所述光纤耦合器(7)的耦合器第二输出端(73)与所述输出信号端(8)相连。
9.根据权利要求8所述的基于硫化铅产生飞秒激光脉冲信号的激光器，其特征在于，所述泵浦源(1)是半导体激光器。
10.根据权利要求9所述的基于硫化铅产生飞秒激光脉冲信号的激光器，其特征在于，所述增益光纤(3)为稀土类掺杂光纤。
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