CN207625071U - 可饱和吸收体和锁模脉冲激光器 - Google Patents

可饱和吸收体和锁模脉冲激光器 Download PDF

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本实用新型提供了一种可饱和吸收体,所述可饱和吸收体包括光波导以及设置在所述光波导表面的锑烯二维材料层。所述可饱和吸收体稳定性较好,抗氧化性能优异,可以长时间用于被动锁模。本实用新型还提供了一种锁模脉冲激光器,包括如上述所述的可饱和吸收体。本实用新型提供的锁模脉冲激光器,稳定性较好,工作波长较宽,可以长时间稳定工作,同时也可以用于被动调Q的技术。

Description

可饱和吸收体和锁模脉冲激光器
技术领域
本实用新型涉及激光器领域,具体涉及一种可饱和吸收体和锁模脉冲激光器。
背景技术
激光光源具有高亮度,很好的方向性和单色性等优点。在实际的应用中,要求激光短时间内具有更为集中的能量,然而普通的连续激光不能满足该要求。脉冲激光可以产生亮度高、能量大的超短脉冲激光源,因此在基础科学、工业加工以及通信等领域具有重要的应用。
目前产生脉冲激光的技术包括锁模技术和调Q技术,按照作用方式,锁模技术分为主动锁模和被动锁模,调Q技术也分为主动调Q技术和被动调Q技术。目前来讲,被动锁模技术是直接产生皮秒量级以下,兆赫子以上重复频率的超短脉冲最有效方法。被动锁模技术的关键是选用稳定可靠的可饱和吸收体。可饱和吸收体材料应具备稳定性好,工作范围大,损伤阈值高等特点。目前已有的饱和吸收体材料包括半导体可饱和吸收镜,以及石墨烯和黑磷等为代表的二维材料等等。但半导体可饱吸收镜具有工作范围小,制作成本较高等缺点;石墨烯材料和黑磷材料的缺点在于其稳定性不够好,容易氧化变质,无法长时间工作。
因此,有必要提供一种稳定性更好的可饱和吸收体。
实用新型内容
为解决上述问题,本实用新型提供了一种可饱和吸收体和锁模脉冲激光器。所述可饱和吸收体和和锁模脉冲激光器性能稳定。
本实用新型提供了一种可饱和吸收体,所述可饱和吸收体包括光波导以及设 置在所述光波导表面的锑烯二维材料层。
其中,当所述光波导为微纳光纤时,所述锑烯二维材料层包覆在所述微纳光纤的表面。
其中,所述锑烯二维材料层在所述微纳光纤的表面沿光传播方向上的包覆长度为100-300μm。
其中,当所述光波导为透明玻璃时,所述锑烯二维材料层设置在所述透明玻璃的一侧表面。
其中,所述锑烯二维材料层中的锑烯二维材料的层数为单层或2-10层。
本实用新型提供的可饱和吸收体,所述可饱和吸收体稳定性较好,抗氧化性能优异,可以长时间用于被动锁模。
本实用新型还提供了一种锁模脉冲激光器,包括如上述所述的可饱和吸收体。
其中,所述锁模脉冲激光器为全光纤激光器或全固态激光器。
其中,所述全光纤激光器包括沿光传播方向依次通过单模光纤连接的泵浦源、第一偏振控制器、所述可饱和吸收体、光纤耦合器、偏振控制器、偏振无关隔离器、增益光纤和波分复用器。
其中,所述全光纤激光器包括沿光传播方向依次通过偏振保持光纤连接的泵浦源、所述可饱和吸收体、光纤耦合器、偏振无关隔离器、增益光纤和波分复用器。
其中,所述全固态激光器包括沿光传播方向依次设置的泵浦源、输入镜、聚焦透镜、增益介质、所述可饱和吸收体和输出镜。
本实用新型提供的锁模脉冲激光器,稳定性较好,工作波长较宽,可以长时间稳定工作,同时也可以用于被动调Q的技术。
附图说明
图1为本实用新型一实施方式提供的可饱和吸收体的制备过程结构示意图;
图2为本实用新型一实施方式提供的全光纤激光器的结构示意图;
图3为本实用新型一实施方式提供的全固态激光器的结构示意图;
图4为实施例1提供的锁模脉冲光源光谱图;
图5为实施例1提供的锁模脉冲光源脉冲序列图;
图6为实施例1提供的锁模脉冲光源脉冲宽度测量图;
图7为实施例1提供的锁模脉冲光源脉冲稳定性以及信噪比测量图;
图8为实施例1提供的锁模脉冲激光器的脉冲稳定性效果图。
具体实施方式
以下所述是本实用新型的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本实用新型原理的前提下,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也视为本实用新型的保护范围。
本实用新型实施方式第一方面提供了一种可饱和吸收体,所述可饱和吸收体包括光波导以及设置在所述光波导表面的锑烯二维材料层。
可选地,所述锑烯二维材料的层数为单层或2-10层。锑烯二维材料作为一种二维材料,也具备相关的非线性光学特性,更重要的特点是稳定性好,尤其适用于作为可饱和吸收体材料应用于超快激光领域。
可选地,所述光波导为微纳光纤或纳米线。进一步可选地,所述微纳光纤由普通的单模光纤(SMF-28E)拉锥制备成。微纳光纤的直径为业界常规选择,在此不做特殊限定。当所述光波导为微纳光纤时,所述锑烯二维材料层包覆在所述微纳光纤表面。可选地,所述锑烯二维材料层在所述微纳光纤的表面沿光传播方向上的包覆长度为100-300μm。进一步可选地,包覆长度为200μm。
本实用新型实施方式中,所述光波导为透明玻璃,当所述光波导为透明玻璃时,所述锑烯二维材料层设置在所述透明玻璃的一侧表面。
本实用新型第一方面提供的可饱和吸收体,所述锑烯二维材料稳定性较好,抗氧化性能优异,制得的可饱和吸收体可以长时间用于被动锁模。
本实用新型实施方式提供的可饱和吸收体的制备方法,包括以下步骤:
取含有锑烯二维材料的溶液,将所述溶液滴加至所述光波导的表面,干燥后 制得所述可饱和吸收体;所述可饱和吸收体包括光波导以及设置在所述光波导表面的锑烯二维材料层。
可选地,所述含有锑烯二维材料的溶液按照以下方法制得:
取块体锑,在真空的环境下研磨所述块体锑得到锑粉,将所述锑粉分散在溶剂中得到混合溶液,将所述混合溶液进行超声,所述超声频率为20-40kHz,所述超声时间为20-40h,超声过程中的温度不高于30度,将超声后的所述混合溶液离心,取上清液,即得到所述含有锑烯二维材料的溶液。
进一步可选地,所述超声频率为40kHz,超声时间为30h,超声过程中的温度为室温。
可选地,所述离心速度为1000-1200r/min,所述离心时间为10-30min。进一步可选地,所述离心速度为1200r/min,所述离心时间为20min。
本实用新型实施方式中,将所述溶液滴加至所述光波导的表面后,在所述光波导内通入波长为980nm的激光光源或中心波长为1550nm的放大自发辐射光源(ASE光源),促使所述锑烯二维材料沉积到所述光波导上,照射1-2小时后,制得所述可饱和吸收体。如图1所示,可选地,当所述光波导为微纳光纤1时,将所述溶液2滴加至所述微纳光纤1的表面后,在微纳光纤1内通入波长为980nm的激光光源或中心波长为1550nm的放大自发辐射光源,促使所述锑烯二维材料沉积到所述光波导上,照射1-2小时后,制得所述可饱和吸收体。可选地,当所述光波导为微纳光纤时,可以将所述微纳光纤粘附在载玻片3上以避免所述微纳光纤1折断。图1中,箭头表示光传播方向。
可选地,将所述溶液滴加至所述光波导的表面后,也可以通过自然风干的方式进行干燥,制得所述可饱和吸收体。
可选地,当所述光波导为微纳光纤时,将所述溶液滴加至所述微纳光纤的表面,使所述锑烯二维材料包覆在所述微纳光纤的表面。
可选地,当所述光波导为微纳光纤时,可以将所述微纳光纤粘附在载玻片上以避免所述微纳光纤折断。
可选地,当所述光波导为透明玻璃时,所述溶液滴加在所述透明玻璃的一个 表面,使所述锑烯二维材料附着在所述透明玻璃的表面。
本实用新型实施方式提供的可饱和吸收体的制备方法,所述制备方法通过在光波导表面滴加含有锑烯二维材料的溶液即可制得可饱和吸收体,所述制备方法简单易操作。
本实用新型实施方式还提供了一种锁模脉冲光纤激光器,包括如上述第一方面所述的可饱和吸收体。
可选地,所述锁模脉冲激光器为全光纤激光器或全固态激光器。
本实用新型第一实施方式中,如图2所示,所述全光纤激光器包括沿光传播方向依次设置的泵浦源101、第一偏振控制器102、所述可饱和吸收体103、光纤耦合器104、第二偏振控制器105、偏振无关隔离器106、增益光纤107和波分复用器108。其中,所述全光纤激光器的泵浦源101是波长为980nm的激光二极管光源,最大功率为500毫瓦。增益光纤107包括掺铒光纤,掺铒光纤作为激光的增益介质,长度为0.7米,群速度色散为-10.55ps/nm/km。偏振无关隔离器106为偏振不相关,用于保证激光在环形结构内单向传输。光纤耦合器104激光输出比选用10%的输出比例。可选地,所述全光纤激光器包括两个偏振控制器,用于调节单模光纤的双折射。各个器件之间均通过普通的SMF28e光纤连接,形成的环形激光器的总长度约为18.5米,SMF28e光纤的色散为-18ps/nm/km。激光器的工作波长位于1550纳米附近,具体数值为1557.68纳米。激光器的振荡阈值为30毫瓦,脉冲激光的阈值为150毫瓦。激光输出通过光谱仪和示波器来测量。脉冲宽度的测量利用自相关仪(FR-103XL)。可选地,所述可饱和吸收体由微纳光纤以及包覆在所述微纳光纤的表面锑烯二维材料组成。由于饱和吸收体中的微纳光纤表面的强倏逝波效应及功率密度增强使得光与包覆在光波导表面的二维材料发生强烈的非线性作用,产生了饱和吸收效应。
本实用新型第二实施方式中,所述全光纤激光器包括沿光传播方向依次通过偏振保持光纤连接的泵浦源、所述可饱和吸收体、光纤耦合器、偏振无关隔离器、增益光纤和波分复用器。该实施方式中,所述全光纤激光器不使用偏振控制器,所用光纤全部由普通单模光纤改为偏振保持光纤。关于各元件的具体结构可参见 第一实施方式的全光纤激光器。
本实用新型第三实施方式中,所述全固态激光器包括沿光传播方向依次设置的泵浦光源、输入镜、聚焦透镜、增益介质、所述可饱和吸收体和输出镜。
从图3中可以看出,全固态激光器包括泵浦光源401、输入镜402、聚焦透镜403、增益介质404、可饱和吸收体405和输出镜406。泵浦光源401输出的泵浦光通过聚焦透镜403进入到增益介质404,增益介质404受到泵浦光的激励,激发信号光。输入镜402对信号光是全反,而对泵浦光全透。输出镜406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,使激光器产生超快激光脉冲。可选地,可饱和吸收体405由透明玻璃和附着在透明玻璃上的锑烯二维材料组成。可选地,增益介质为Yb3+:ScBO3、Nd:YAG陶瓷、Yb:CYA、Cr:ZnSe、Yb:LuYAG、Tm:CaYAlO4、Er:Y2O3陶瓷、Tm:YAG陶瓷等,具体的说,当选择不同的增益介质时,泵浦光源、输入镜、聚焦透镜、可饱和吸收体、输出镜等的工作波长为相应增益介质的工作波长。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,本实用新型不做特殊限定。
本实用新型提供的锁模脉冲光纤激光器,稳定性较好,工作波长较宽,可以长时间稳定工作,同时也可以用于被动调Q的技术。
实施例1:
一种可饱和吸收体的制备方法,包括以下步骤:
取块体锑,在真空的环境下研磨块体锑得到锑粉,将锑粉分散在溶剂中得到混合溶液,将混合溶液进行超声,超声频率为40kHz,超声时间为30h,超声过程中的温度为室温,将超声后的混合溶液离心,取上清液,离心速度为1200r/min,离心时间为20min,即得到含有锑烯二维材料的溶液;
依照附图1所示,将含有锑烯二维材料的溶液滴到事先制备好的微纳光纤上,用波长为980纳米的光源对光纤进行照射1h,促使锑烯材料沉积到微纳光纤上,得到可饱和吸收体。
将微纳光纤材料连接到光纤激光器环形腔内,光纤激光器结构如附图2所示,光纤激光器采用掺铒光纤作为增益介质,隔离器用于保证激光在环形结构内单向传输,激光输出比选用10%的输出比例。泵浦光源增加到150毫瓦以上时,通过调节偏振控制器可得到锁模脉冲激光,记录到的脉冲激光性质如附图4-7所示,图4为实施例1提供的锁模脉冲光源光谱图;图5为实施例1提供的锁模脉冲光源脉冲序列图;图6为实施例1提供的锁模脉冲光源脉冲宽度测量图;图7为实施例1提供的锁模脉冲光源脉冲稳定性以及信噪比测量图。从图4可以看出,光谱3dB宽度为4.84纳米。从图5中可以看出,脉冲重复频率为10.27MHz;从图6中可以看出,脉冲宽度约为552飞秒;从图7中可以看出,测出脉冲信噪比大于50dB。图8为锁模脉冲光纤激光器的脉冲稳定性效果图。每隔一小时测量一次,总共测量8小时。结果证明光谱几乎没有变化,脉冲稳定性很好。
综上,本实用新型实施例提供的锁模脉冲光纤激光器脉冲重复频率10MHz左右,脉冲宽度为约550飞秒,脉冲信噪比可达50dB,脉冲的稳定性良好。
以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式,其描述较为具体和详细,但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制。应当指出的是,对于本领域的普通技术人员来说,在不脱离本实用新型构思的前提下,还可以做出若干变形和改进,这些都属于本实用新型的保护范围。因此,本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种可饱和吸收体,其特征在于,所述可饱和吸收体包括光波导以及设置在所述光波导表面的锑烯二维材料层。
2.如权利要求1所述的可饱和吸收体,其特征在于,当所述光波导为微纳光纤时,所述锑烯二维材料层包覆在所述微纳光纤的表面。
3.如权利要求2所述的可饱和吸收体,其特征在于,所述锑烯二维材料层在所述微纳光纤的表面沿光传播方向上的包覆长度为100-300μm。
4.如权利要求1所述的可饱和吸收体,其特征在于,当所述光波导为透明玻璃时,所述锑烯二维材料层设置在所述透明玻璃的一侧表面。
5.如权利要求1所述的可饱和吸收体,其特征在于,所述锑烯二维材料层中的锑烯二维材料的层数为单层或2-10层。
6.一种锁模脉冲激光器,其特征在于,包括如权利要求1-5任一项所述的可饱和吸收体。
7.如权利要求6所述的锁模脉冲激光器,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。
8.如权利要求7所述的锁模脉冲激光器,其特征在于,所述全光纤激光器包括沿光传播方向依次通过单模光纤连接的泵浦源、第一偏振控制器、所述可饱和吸收体、光纤耦合器、第二偏振控制器、偏振无关隔离器、增益光纤和波分复用器。
9.如权利要求7所述的锁模脉冲激光器,其特征在于,所述全光纤激光器包括沿光传播方向依次通过偏振保持光纤连接的泵浦源、所述可饱和吸收体、光纤耦合器、偏振无关隔离器、增益光纤和波分复用器。
10.如权利要求7所述的锁模脉冲激光器,其特征在于,所述全固态激光器包括沿光传播方向依次设置的泵浦源、输入镜、聚焦透镜、增益介质、所述可饱和吸收体和输出镜。
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CN107706731A (zh) * 2017-09-01 2018-02-16 张家宜 基于二维锑烯材料的可饱和吸收体及其制备方法和锁模脉冲激光器

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