CN114552354A - 基于乙二醇的可饱和吸收体与制备方法及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于乙二醇的可饱和吸收体与制备方法及其应用。基于乙二醇的可饱和吸收体器件包括光纤跳线头一、光纤跳线头二、陶瓷插芯、固定套管以及放置在陶瓷插芯内的乙二醇溶液,所述陶瓷插芯固定于光纤跳线头一与光纤跳线头二之间,所述陶瓷插芯内沿着水平轴向至少有300µm的乙二醇液体层,所述固定套管用于对可饱和吸收体内部结构的固定。本发明所述的基于乙二醇的可饱和吸收体工作带宽宽、抗损伤阈值高、成本低廉、稳定性高、制备过程简单易操作,并且易于集成进各种光纤系统中,可用于多种类型脉冲激光器的被动锁模。本发明还提供了一种以乙二醇可饱和吸收体进行被动锁模的脉冲激光器,所述锁模激光器稳定性较好,可长时间稳定工作。
Description
技术领域
本发明涉及超快脉冲激光领域,具体涉及一种基于乙二醇的可饱和吸收体器件及基于乙二醇的可饱和吸收体的制备方法,本发明还涉及一种基于乙二醇的可饱和吸收体锁模的脉冲激光器。
背景技术
超短脉冲锁模激光器,由于具有输出脉宽窄、能量高、稳定性高、体积小、易于集成等众多优点,在超快光谱学、生物医学成像处理、化学反应与分子探测、光通信以及材料加工等众多领域得以广泛应用。常用的获得脉冲激光光源的锁模技术是利用可饱和吸收体的被动锁模。
目前已采用的可饱和吸收体主要包括半导体可饱和吸收镜(SESAMs)、碳纳米管(CNTs)、石墨烯、二维拓扑绝缘体材料(TIs)以及过渡金属硫族化合物(TMDs)等。但这些可饱和吸收体都有各自的不足之处,SESAMs作为一种成熟的商用可饱和吸收体,其生产工艺复杂、制作成本昂贵,且由于半导体内固有光子能量带隙的限制,它的工作波段较窄,通常只有数十纳米;碳纳米管的直径会直接影响超短脉冲的产生;石墨烯具有较宽的工作波段,并且其响应时间只有几百飞秒,非常适用于超短脉冲的产生,但单层石墨烯的调制深度一般仅为1%左右,较低的调制深度会限制输出激光脉冲的能量和脉冲宽度;对于可用作可饱和吸收体的二维拓扑绝缘体材料(TIs和TMDs),例如近年来发现的Bi2Te3、MoS2及Sb2Te3等材料,通常情况下是采用化学气相沉积法进行相应的可饱和吸收体薄膜的制备,制作过程十分复杂。
因此,亟需寻找一种具有优异的光学吸收特性、制备方法简单且具有高稳定性的可饱和吸收体,以满足被动锁模激光器的使用需求。
发明内容
为了解决现有可饱和吸收体中制作工艺复杂、调制能力弱、不稳定等缺点,本发明提供了一种基于乙二醇的可饱和吸收体及其制备方法。所述的基于乙二醇的可饱和吸收体具有良好的非线性吸收特性、抗损伤阈值高、性能稳定,所述的基于乙二醇的可饱和吸收体的锁模激光器输出脉冲质量较好,可以长时间稳定工作。
本发明第一方面提供了一种基于乙二醇的可饱和吸收体,所述的基于乙二醇的可饱和吸收体,包括光纤跳线头一、光纤跳线头二、陶瓷插芯、固定套管以及放置在陶瓷插芯内的乙二醇液体。
所述光纤跳线头一通过陶瓷插芯与光纤跳线头二相连接。
所述的乙二醇液体为纯度为99%的乙二醇标准溶液。
优选的,所述陶瓷插芯内的乙二醇液体层的水平轴向厚度为300µm~800µm。
本发明第一方面提供的乙二醇溶液对1.55µm波段光波能产生较大的吸收,乙二醇液体也比大多数常规可饱和吸收体材料要便宜得多,且易于获得,并且得到的可饱和吸收体稳定性较好,可以长时间用于被动锁模。
本发明第二方面提供了一种基于乙二醇溶液的可饱和吸收体的制备方法,所述制备方法通过改变所述陶瓷插芯内所填充的乙二醇液体层的厚度,即可得到满足不同调制深度需求的乙二醇可饱和吸收体,制作方法简单易操作,整体制备成本也很低。
本发明第三方面提供了一种被动锁模脉冲激光器,包括如上述第一方面所述的基于乙二醇的可饱和吸收体。
优选的,所述被动锁模脉冲激光器为全光纤激光器或全固态激光器。
优选的,所述全光纤激光器包括沿光传播方向顺序设置的泵浦源、波分复用器、增益光纤、偏振无关隔离器、偏振控制器、所述可饱和吸收体和光纤耦合器;所述全固态激光器包括沿光传播方向顺序设置的泵浦源、输入镜、聚焦透镜、增益光纤、所述可饱和吸收体和输出镜。
本发明第三方面提供的被动锁模脉冲激光器,稳定性好,工作在l.55µm波段,符合市场上大多数通信、传感波长需求并能长时间稳定工作。
综上,本发明有益效果包括以下几个方面:
本发明提供的所述基于乙二醇的可饱和吸收体稳定性较好,故可得到稳定性较好的被动锁模脉冲。
本发明提供的乙二醇可饱和吸收体的制备方法,所述制备方法通过改变所述陶瓷插芯内所填充的乙二醇液体层的水平轴向厚度,即可得到满足不同调制深度需求的乙二醇可饱和吸收体,制作方法简单易操作。
本发明提供的被动锁模脉冲激光器,稳定性较好,可应用于通信系统、传感系统常见的l.55µm波段,符合市场上大多数光通信、光传感领域的波长需求。
附图说明
图1为本发明所述的基于乙二醇的可饱和吸收体的结构示意图;
图2为本发明一实施方式提供的全光纤激光器的结构示意图;
图3为本发明另一实施方式提供的全固态激光器的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以做出若干改进和润饰。在没有做出创造性劳动的前提下,所做出的改进和润饰也视为本发明的保护范围。
本发明实施方式第一方面提供了一种基于乙二醇溶液的可饱和吸收体。
图1为本发明实施方式提供的可饱和吸收体的结构示意图。所述基于乙二醇溶液的可饱和吸收体包括光纤跳线头(1)、光纤跳线头(2)、陶瓷插芯(3)、固定套管(4)以及放置在陶瓷插芯内的乙二醇液体(5)。其中,乙二醇溶液层(5)放置在陶瓷插芯(3)中并位于光纤跳线连接头(1)和光纤跳线连接头(2)之间,形成光纤跳线连接头端面——乙二醇溶液层——光纤跳线连接头端面的三明治结构,最终形成可饱和吸收体结构,固定套管(4)用于对此可饱和吸收体结构的固定。
在本发明实施方式中,所述的乙二醇液体为纯度为99%的乙二醇标准溶液。
在本发明实施方式中,所述光纤跳线头内的光纤为普通单模光纤,所述乙二醇溶液覆盖在所述单模光纤端面的表面。其中单模光纤端面的直径为业界常规选择,在此不做特殊限定。
在本发明实施方式中,所述乙二醇溶液层的水平轴向厚度至少为300µm。乙二醇液体具有优异的非线性吸收光学性质,对光的吸收强,响应时间快,稳定性高,尤其是制造成本低廉,非常适合作为可饱和吸收体器件,应用于超快激光领域中。
可选地,所述乙二醇溶液在所述单模光纤的表面沿光传播方向上的包覆长度为300-800µm。进一步可选地,包覆长度为450µm。
本发明第一方面提供了一种基于乙二醇液体的可饱和吸收体,其具有优异的光吸收效率、抗损伤阈值高,稳定性好,不易氧化,使用寿命长,可以长时间用于被动锁模,使激光器产生高能量、高稳定的超短脉冲。
本发明所述的基于乙二醇液体的可饱和吸收体制作工艺简单,易于批量化生产;使用范围广泛,可用于固体激光器与光纤激光器的调Q、锁模,从而获得不同种类的激光脉冲。
本发明实施方式第二方面提供了一种基于乙二醇液体的可饱和吸收体的制备方法:
取浓度为99.5%的乙二醇标准溶液,将溶液滴加到陶瓷插芯内并对其通光,乙二醇溶液被吸附在光纤跳线头内单模光纤的表面上,即可制得所述可饱和吸收体。
在本发明实施方式中,可以通过改变乙二醇液体层的厚度来调节对激光的吸收率,进而得到不同调制深度的乙二醇可饱和吸收体。
本发明实施方式第二方面提供了一种基于乙二醇液体的可饱和吸收体的制备方法,所述制备方法简单易操作。
本发明实施方式第三方面提供了一种被动锁模脉冲激光器,包括如上述第一方面所述的可饱和吸收体。
可选地,所述被动锁模脉冲激光器为全光纤激光器或全固态激光器。
本发明第一实施方式中,被动锁模激光器为全光纤激光器,全光纤激光器包括泵浦源、波分复用器、增益光纤、偏振无关隔离器、偏振控制器、本发明所提供的可饱和吸收体与光纤耦合器。
本发明第一优选实施方式中,光纤耦合器为耦合比为10:90的光纤耦合器。
图2是本发明第一实施方式提供的全光纤激光器的结构示意图。所述全光纤激光器包括顺序放置的泵浦源201、波分复用器202、增益光纤203、偏振无关隔离器204、偏振控制器205、所述可饱和吸收体206和光纤耦合器207,依次用单模光纤连接成环形光纤谐振器腔结构。其中,泵浦源201与波分复用器202的泵浦端(反射端)连接,将泵浦光输入到光纤谐振器腔中,波分复用器202的公共端与增益光纤203的一端相连接;增益光纤203的另一端与偏振无关隔离器204的输出端相连接;偏振无关隔离器204的输入端与偏振控制器205的一端相连接;偏振控制器205的另一端与可饱和吸收体206的一端相连;可饱和吸收体206的另一端与耦合比为10:90的光纤耦合器207的90%的输出端相连,光纤耦合器207的10%输出端输出信号光;光纤耦合器207的输入端与波分复用器202的信号端相连。其中,偏振无关隔离器204用于保证光在环形腔内的单向传输,偏振控制器205用于调节腔内的双折射,所述可饱和吸收体206发挥可饱和吸收作用,使全光纤激光器产生超快激光脉冲输出。
本发明实施方式中,泵浦源201为波长为980nm的激光二极管光源,最大功率600mW。
本发明实施方式中,增益光纤203为掺铒光纤、掺铥光纤或掺铋光纤等,具体的说,当选择不同的增益光纤时,波分复用器、光纤耦合器、偏振无关隔离器、偏振控制器、可饱和吸收体的工作波长为相应增益光纤所对应的工作波长。可选地,泵浦源、波分复用器、偏振无关隔离器、偏振控制器和光纤耦合器是业界常规选择,本发明不做特殊限定。
本发明第二实施方式中,所述全固态激光器包括泵浦光源、输入镜、聚焦透镜、增益介质、所述可饱和吸收体和输出镜。
图3是本发明第二实施方式提供的全固态激光器的结构示意图。所述全固态激光器包括顺序设置的泵浦光源301、输入镜302,聚焦透镜303、增益光纤304、可饱和吸收体305和输出镜306。泵浦光源301输出的泵浦光通过聚焦透镜303进入到增益光纤304,增益光纤304受到泵浦光的激励,激发信号光。输入镜302对信号光是全反,而对泵浦光全透。输出镜306对信号光是部分透过。输入镜和输出镜组成激光器的谐振腔,可饱和吸收体产生可饱和吸收,使激光器产生超短激光脉冲。
可选地,泵浦光源、输入镜、聚焦透镜和输出镜为业界常规选择,本发明不做特殊限定。
本发明第三方面提供的利用乙二醇可饱和吸收体进行锁模的被动锁模脉冲激光器,稳定性较好,可以长时间稳定工作。
实施例1
一种基于乙二醇溶液的可饱和吸收体的制备方法:
依照附图1所示,一种可饱和吸收体包括两个光纤跳线头、一个陶瓷插芯、一个固定套管以及适量的乙二醇液体。其中,光纤跳线头的光纤端面之间贴合着乙二醇溶液层。将乙二醇标准溶液加入到陶瓷插芯中,利用套管进行固定,完成可饱和吸收体的制备。
本实施例中乙二醇溶液层的厚度为450µm.
效果实施例
一种全光纤被动锁模激光器,包括泵浦源、波分复用器、增益光纤、偏振无关隔离器、偏振控制器、实施例1所制得的可饱和吸收体和光纤耦合器。泵浦源为工作在980nm波段的半导体激光器,增益光纤光纤为掺铒光纤,光纤耦合器的输出比为10%。适当增加泵浦功率和调节偏振控制器,即可得到稳定的锁模激光脉冲。
本效果实施例中锁模脉冲激光的工作波长为1.55µm.
综上,本发明实施例提供的可饱和吸收体制备简单、稳定性好、价格低廉、便于批量化生产,由其所构成的锁模脉冲激光器稳定性较好,可以很好地满足市场的实际应用。
以上所述实施例仅表达了本发明的优选实施方式,但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是,对于本领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也都属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种基于乙二醇的可饱和吸收体,其特征在于,包括光纤跳线头(1)、光纤跳线头(2)、陶瓷插芯(3)、固定套管(4)以及放置在陶瓷插芯内的乙二醇液体(5),所述光纤跳线头(1)通过陶瓷插芯(3)与光纤跳线头(2)相连接,所述陶瓷插芯(3)内沿着水平轴向至少有300µm的乙二醇液体层,所述套管(4)用于固定封装含有乙二醇液体的陶瓷插芯。
2.根据权利要求1所述的基于乙二醇的可饱和吸收体,其特征在于,所述可饱和吸收体器件内用于锁模的材料为乙二醇液体,化学式为C2H6O2。
3.根据权利要求1所述的基于乙二醇的可饱和吸收体,其特征在于,所述的乙二醇液体为纯度为99%的乙二醇标准溶液。
4.所述乙二醇溶液对1.5µm波段光波具有较强的吸收,透过率达83%。
5.根据权利要求1-3之任一项所述的基于乙二醇的可饱和吸收体,其特征在于,所述乙二醇液体层水平轴向的厚度在300µm~800µm之间。
6.根据权利要求4所述的基于乙二醇的可饱和吸收体,其特征在于,基于乙二醇的可饱和吸收体的调制深度可随着所采用的乙二醇液体层厚度的改变而改变。
7.根据权利要求5所述的基于乙二醇的可饱和吸收体,其特征在于,所述的可饱和吸收体器件应用于超快激光器的锁模、调Q等。
8.一种被动锁模激光器,其特征在于,包括如权利要求1-6任一项所述的基于乙二醇的可饱和吸收体。
9.根据权利要求7所述的被动锁模激光器,其特征在于,所述锁模脉冲激光器为全光纤激光器或全固态激光器。
10.根据权力8要求所述的被动锁模激光器,其特征在于,所述全光纤激光器包括沿光传播方向顺序设置的泵浦源、波分复用器、增益光纤、偏振无关隔离器、、偏振控制器、所述基于乙二醇的可饱和吸收体和光纤耦合器,所述全固态激光器包括沿光传播方向顺序设置的泵浦源、输入镜、聚焦透镜、增益光纤、所述基于乙二醇的可饱和吸收体与输出镜。
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