CN205016829U - 过渡金属硫化物可饱和吸收镜及锁模光纤激光器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及激光技术领域，尤其涉及一种过渡金属硫化物可饱和吸收镜及锁模光纤激光器。过渡金属硫化物可饱和吸收镜包括光纤、镀在所述光纤端面的过渡金属硫化物薄膜、镀在所述过渡金属硫化物薄膜上的高反射膜。这种新型过渡金属硫化物可饱和吸收镜具有高损伤阈值，结构简单、成本低廉，可靠性高，适于批量生产，同时，采用这种过渡金属硫化物可饱和吸收镜的锁模光纤激光器具有全光纤化、高可靠性和适于成果转化的优点。

Description

过渡金属硫化物可饱和吸收镜及锁模光纤激光器

技术领域

本实用新型涉及激光技术领域，尤其涉及一种过渡金属硫化物可饱和吸收镜及锁模光纤激光器。

背景技术

利用被动锁模技术是光纤激光器实现超快脉冲输出的一种有效途径，而被动锁模的关键技术是光纤激光器谐振腔中需要具备可饱和吸收效应。目前，研究人员已经利用多种可饱和吸收效应在光纤激光器中获得被动锁模超快脉冲输出。一般来说，为了克服光纤激光锁模环境不稳定的缺点，研究人员通常采用半导体可饱和吸收镜(SESAM)来实现光纤激光器锁模超快脉冲输出。然而，由于商用SESAM价格昂贵、制作工艺复杂、可饱和吸收带宽窄、一般仅支持皮秒级别的脉冲输出，并且损伤阈值也较低，所以也不适用于全方位研究超快光纤激光器的动力学特性。因此，研制出成本低廉、工艺简单、高性能的可饱和吸收体一直是超快激光物理领域追求的目标。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是，提供一种过渡金属硫化物可饱和吸收镜及锁模光纤激光器，以解决现有技术中所采用的商用SESAM价格昂贵、制作工艺复杂、可靠性低、工作带宽窄的缺陷。本实用新型是这样实现的：

一种过渡金属硫化物可饱和吸收镜，包括光纤、镀在所述光纤端面的过渡金属硫化物薄膜、镀在所述过渡金属硫化物薄膜上的高反射膜。

进一步地，所述高反射膜为金膜。

进一步地，所述过渡金属硫化物薄膜的材料为硫化钨、硫化钼、硒化钨及硒化钼中的任意一种。

进一步地，所述光纤为单模光纤或有源光纤。

一种锁模光纤激光器，包括：半导体泵浦激光器、光学耦合组件、谐振腔；所述谐振腔包括有源光纤、如上所述的任意一种过渡金属硫化物可饱和吸收镜、光学耦合器；

所述半导体泵浦激光器产生的泵浦光经所述光学耦合组件耦合进入所述谐振腔，并为所述有源光纤提供增益，使其产生激光；

所述过渡金属硫化物可饱和吸收镜用于对所述激光进行锁模；

所述光学耦合器用于输出锁模后的激光。

进一步地，所述谐振腔还包括光环形器；所述光环形器包括第一端、第二端、第三端；

所述激光经所述第一端进入所述光环形器，再经所述第二端进入所述过渡金属硫化物可饱和吸收镜，经所述过渡金属硫化物可饱和吸收镜调制锁模后反射回所述光环形器，再由所述第三端输出。

进一步地，所述谐振腔还包括：

光隔离器，用于使所述激光单向传输；

偏振控制器，用于控制所述激光的偏振态。

一种锁模光纤激光器，包括：半导体泵浦激光器、光学耦合组件、谐振腔；所述谐振腔包括有源光纤、如上所述的任意一种过渡金属硫化物可饱和吸收镜、二色镜；

所述半导体泵浦激光器产生的泵浦光经所述光学耦合组件耦合进入所述谐振腔，并为所述有源光纤提供增益，使其产生激光；

所述过渡金属硫化物可饱和吸收镜用于对所述激光进行锁模；

所述二色镜对所述泵浦光具有高透过性，对所述激光具有高反射性；

所述泵浦光通过所述二色镜进入所述有源光纤；锁模后的激光通过所述二色镜输出。

与现有技术相比，这种新型过渡金属硫化物可饱和吸收镜具有高损伤阈值，结构简单、成本低廉，可靠性高，适于批量生产，同时，采用这种过渡金属硫化物可饱和吸收镜的锁模光纤激光器具有全光纤化、高可靠性和适于成果转化的优点。

附图说明

图1：本实用新型实施例提供的过渡金属硫化物可饱和吸收镜的结构示意图；

图2：本实用新型实施例提供的过渡金属硫化物可饱和吸收镜的制备方法流程示意图；

图3：本实用新型实施例提供的一种锁模光纤激光器的结构示意图；

图4：本实用新型实施例提供的另一种锁模光纤激光器的谐振腔结构示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。

如图1所示，本实用新型首先提供了一种过渡金属硫化物可饱和吸收镜1。该可饱和吸收镜1包括光纤、镀在光纤端面的过渡金属硫化物薄膜101、镀在过渡金属硫化物薄膜101上的高反射膜102。高反射膜102可采用具有极高反射率的金膜。其中，光纤可采用单模光纤或掺有稀土的有源光纤。过渡金属硫化物薄膜101的材料可采用硫化钨、硫化钼、硒化钨及硒化钼中的任意一种。

高反射膜102相当于一个高反射镜。这种过渡金属硫化物可饱和吸收镜1的工作原理是，将其作为激光器的一个提供调制的高反射镜。当谐振腔内的激光被该过渡金属硫化物可饱和吸收镜1反射时，激光可被过渡金属硫化物可饱和吸收镜1调制，实现锁模。这种过渡金属硫化物可饱和吸收镜1具有高损伤阈值，对光进行宽带调制的同时可作为光的反射镜，可用于激光系统中脉冲激光产生的关键器件。

如图2所示，本实用新型还提供了一种过渡金属硫化物可饱和吸收镜1的制备方法，包括如下步骤：

步骤A：将光纤进行切割，形成光纤端面。可通过光纤切割刀进行切割，切割时应注意确保光纤端面平整。

步骤B：将切割后的光纤及过渡金属硫化物靶材置于真空室。将光纤及过渡金属硫化物靶材置于真空室中时应注意保持光纤端面与过渡金属硫化物靶材对准，以确保后续步骤中电离的过渡金属硫化物等离子体能够良好地沉积在光纤端面上。

步骤C：将过渡金属硫化物靶材表面电离化以产生过渡金属硫化物等离子体，并将过渡金属硫化物等离子体沉积在光纤端面上，形成过渡金属硫化物薄膜101。

步骤D：控制沉积时间及/或沉积温度，使过渡金属硫化物薄膜101达到设定厚度。

步骤E：在过渡金属硫化物薄膜101上镀高反射膜102。镀高反射膜102时可采用与镀金属硫化物薄膜同样的方法。

根据上述对过渡金属硫化物可饱和吸收镜1的结构描述可知，在制备该过渡金属硫化物可饱和吸收镜1时，光纤可以是普通单模光纤，也可以是掺稀土的有源光纤，同时，过渡金属硫化物薄膜101的材料可采用硫化钨、硫化钼、硒化钨及硒化钼中的任意一种。具体实施时，在步骤C中可采用脉冲激光沉积法将过渡金属硫化物靶材表面电离后形成等离子体，并使等离子体沉积到光纤端面上，形成过渡金属硫化物薄膜101。在沉积过程中，通过控制沉积时间或沉积温度等参数都能控制沉积的过渡金属硫化物薄膜101厚度，当沉积的过渡金属硫化物薄膜101厚度达到所需厚度时，即可停止沉积。

传统的半导体可饱和吸收镜1采用化学气相沉积法制备，半导体材料需要层层生长，每层都需要精确控制，制备的半导体可饱和吸收镜1带宽仅几十纳米。而本实用新型利用脉冲激光沉积的方法，制备过程简单，可大批量生产，一块过渡金属硫化物靶材可以制备上千块过渡金属硫化物可饱和吸收镜1。同时，在沉积过程中，通过控制沉积的温度、时间等可以控制沉积的过渡金属硫化物薄膜101的厚度和均匀性，从而可大批量生产，并使制作的过渡金属硫化物可饱和吸收镜1规格一致，制备出的过渡金属硫化物可饱和吸收镜1带宽可从可见光拓展到红外光。

如图3所示，本实用新型提供了一种锁模光纤激光器。该锁模光纤激光器包括半导体泵浦激光器2、光学耦合组件3、谐振腔。其中，谐振腔包括有源光纤4、如上的任一过渡金属硫化物可饱和吸收镜1、光学耦合器6。光学耦合组件3可采用波分复用器。

该锁模光纤激光器的原理是，半导体泵浦激光器2产生的泵浦光经光学耦合组件3耦合进入谐振腔，并为有源光纤4提供增益，使其产生激光。过渡金属硫化物可饱和吸收镜1对激光进行锁模。具体来说，可饱和吸收镜1可通过过渡金属硫化物薄膜101给谐振腔提供可饱和吸收调制，实现对激光的锁模。光学耦合器6输出锁模后的激光。

该锁模光纤激光器的谐振腔为环形腔结构。该谐振腔还包括光环形器7、光隔离器5和偏振控制器8。光环形器7包括第一端、第二端和第三端。激光经第一端进入光环形器7，再经第二端进入过渡金属硫化物可饱和吸收镜1，经过渡金属硫化物可饱和吸收镜1锁模后反射回光环形器7，再由第三端输出。光隔离器5使激光单向传输，偏振控制器8控制激光的偏振态。

本实用新型还提供了另一种锁模光纤激光器，包括：半导体泵浦激光器2、光学耦合组件3、谐振腔。图4所示为该锁模光纤激光器的谐振腔，该谐振腔为线性腔结构，包括有源光纤4、如上的任一过渡金属硫化物可饱和吸收镜1、二色镜9。有源光纤4与过渡金属硫化物可饱和吸收镜1上的光纤是融为一体的，金属硫化物可饱和吸收镜1上的光纤也可直接采用有源光纤，作为有源光纤4。

该锁模光纤激光器的原理是，半导体泵浦激光器2产生的泵浦光经光学耦合组件3耦合进入谐振腔，并为有源光纤4提供增益，使其产生激光。激光在谐振腔内来回震荡。过渡金属硫化物可饱和吸收镜1对激光进行锁模。具体来说，可饱和吸收镜1可通过过渡金属硫化物薄膜101给谐振腔提供可饱和吸收调制，实现对激光的锁模。高反射膜102的作用是作为一个高反射率的反射镜，并在一定程度上为薄膜提供防护。二色镜9对泵浦光具有高透过性，对激光具有高反射性，泵浦光通过二色镜9进入有源光纤4，锁模后的激光通过二色镜9输出。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种过渡金属硫化物可饱和吸收镜，其特征在于，包括光纤、镀在所述光纤端面的过渡金属硫化物薄膜、镀在所述过渡金属硫化物薄膜上的高反射膜。

2.如权利要求1所述的过渡金属硫化物可饱和吸收镜，其特征在于，所述高反射膜为金膜。

3.如权利要求1所述的过渡金属硫化物可饱和吸收镜，其特征在于，所述过渡金属硫化物薄膜的材料为硫化钨、硫化钼、硒化钨及硒化钼中的任意一种。

4.如权利要求1所述的过渡金属硫化物可饱和吸收镜，其特征在于，所述光纤为单模光纤或有源光纤。

5.一种锁模光纤激光器，其特征在于，包括：半导体泵浦激光器、光学耦合组件、谐振腔；所述谐振腔包括有源光纤、如权利要求1至4中任一所述的过渡金属硫化物可饱和吸收镜、光学耦合器；

所述半导体泵浦激光器产生的泵浦光经所述光学耦合组件耦合进入所述谐振腔，并为所述有源光纤提供增益，使其产生激光；

所述过渡金属硫化物可饱和吸收镜用于对所述激光进行锁模；

所述光学耦合器用于输出锁模后的激光。

6.如权利要求5所述的锁模光纤激光器，其特征在于，所述谐振腔还包括光环形器；所述光环形器包括第一端、第二端、第三端；

所述激光经所述第一端进入所述光环形器，再经所述第二端进入所述过渡金属硫化物可饱和吸收镜，经所述过渡金属硫化物可饱和吸收镜调制锁模后反射回所述光环形器，再由所述第三端输出。

7.如权利要求6所述的锁模光纤激光器，其特征在于，所述谐振腔还包括：

光隔离器，用于使所述激光单向传输；

偏振控制器，用于控制所述激光的偏振态。

8.一种锁模光纤激光器，其特征在于，包括：半导体泵浦激光器、光学耦合组件、谐振腔；所述谐振腔包括有源光纤、如权利要求1至4中任一所述的过渡金属硫化物可饱和吸收镜、二色镜；

所述半导体泵浦激光器产生的泵浦光经所述光学耦合组件耦合进入所述谐振腔，并为所述有源光纤提供增益，使其产生激光；

所述过渡金属硫化物可饱和吸收镜用于对所述激光进行锁模；

所述二色镜对所述泵浦光具有高透过性，对所述激光具有高反射性；

所述泵浦光通过所述二色镜进入所述有源光纤；锁模后的激光通过所述二色镜输出。