TW201817105A - 被動式q開關光纖雷射系統及製造其飽和吸收體的方法 - Google Patents

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Abstract

一種被動式Q開關光纖雷射系統包括一幫浦光源連接一環型共振腔。環型共振腔包括依序連接的增益光纖、分光耦合器及飽和吸收體。分光耦合器將來自增益光纖的受激雷射光的一部分能量導入飽和吸收體，另一部分能量輸出環型共振腔。飽和吸收體是將硫化鉛量子點材料與膠體聚合物混合後，再將混合物分兩階段在不同溫度下進行乾燥所製得的量子點高分子複合膜，其製作簡單，具有低飽和吸收強度以及1000 nm~1100 nm及1500 nm~1600 nm等多個吸收波段，能分別搭配不同摻雜離子或發射波長的增益光纖使用。利用此飽和吸收體可以提高系統的最大輸出功率及最大脈衝能量。

Description

被動式Q開關光纖雷射系統及製造其飽和吸收體的方法
本發明與一種光纖雷射系統及其動作元件的製造方法有關，特別是與一種應用新穎的飽和吸收體做為動作元件的被動式Q開關光纖雷射系統，以及此新穎的飽和吸收體的製造方法有關。
光纖雷射帶動了許多雷射應用領域的突破與進展，逐漸取代了氣體及傳統固態雷射，成為現在雷射領域中的趨勢。相較於傳統固態雷射，光纖雷射具有雷射閥值低、能量轉換效率高、光品質佳、使用壽命長、穩定性高等優點，其中被動式Q開關光纖雷射系統系統相對簡單且更有經濟效益。
組成一個光纖雷射系統所需要的三大部分有幫浦光源、增益介質及共振腔。增益介質被幫浦光源所輸出的光束激發至激發態而產生受激輻射，受激幅射在共振腔內部持續振盪後放大而形成雷射。藉由改變共振腔內部的光學元件設計，可以使光纖雷射系統產生連續型和脈衝型兩種不同的雷射輸出。
脈衝型光纖雷射系統又可以分為Q開關脈衝雷射和鎖模脈衝雷射。Q開關脈衝雷射是將脈衝寬度壓縮至奈秒(nano-second, 縮寫為ns)數量級而產生將近百兆瓦峰值功率的巨脈衝；鎖模脈衝雷射是將脈衝寬度壓縮至皮秒(pico-second, 縮寫為ps)或飛秒(femto-second, 縮寫為fs)數量級而產生較Q開關脈衝雷射更大的峰值功率的巨脈衝。
Q開關的種類可分為主動式Q開關及被動式Q開關。主動式Q開關是由人為的外部訊號調控其脈衝的頻率，被動式Q開關則不用依賴外部訊號調控。主動式Q開關包括電光式、聲光式與機械式Q開關。電光式Q開關是利用電光晶體產生調變；聲光式Q開關是利用聲光晶體產生調變；機械式Q開關通常是利用稜鏡來控制共振控內的損耗。被動式Q開關可利用克爾效應或是利用飽和吸收體的非線性吸收特性來改變共振腔內的損耗來實現。
習知的飽和吸收體材料包括半導體飽和吸收鏡、奈米碳管及石墨烯等。半導體飽和吸收鏡已被廣泛使用，但其操作頻寬窄、製造昂貴且製程複雜。奈米碳管的飽和能量低、回復時間快，但其可吸收的頻帶相當窄且容易損壞。石墨烯成本低且容易製作，但有調制深度差的問題。
若能開發一種新的飽和吸收體材料，兼具大的波長操作範圍、高成本效益，以及低飽和吸收強度等特性，則此飽和吸收體材料可應用於優化被動式Q開關光纖雷射系統系統。
本發明之一目的在於提供一種被動式Q開關光纖雷射系統，其利用一種新穎的飽和吸收體材料，以提高脈衝雷射的最大輸出功率及最大脈衝能量。
本發明之另一目的在於一種製造被動式Q開關光纖雷射系統的飽和吸收體之方法，所製得的飽和吸收體兼具大的波長操作範圍、高成本效益，以及低飽和吸收強度。
為了達到上述目的，本發明提供一種被動式Q開關光纖雷射系統，其包括一幫浦光源以及一環型共振腔。幫浦光源用於產生一幫浦光；而環型共振腔用以接收幫浦光，而產生一脈衝雷射光。環型共振腔包括一多波長分工器、一摻雜稀土元素離子的增益光纖及一分光耦合器依序地連接，並且包括一飽和吸收體連接於分光耦合器與多波長分工器之間。飽和吸收體與幫浦光源連接於多波長分工器的同一端。分光耦合器具有一連接端及一輸出端，連接端用以連接飽和吸收體，輸出端用以供脈衝雷射光射出環型共振腔。飽和吸收體為一硫化鉛量子點高分子複合膜。此硫化鉛量子點高分子複合膜具有複數吸收波段，複數吸收波段包括1000~1100nm及1500~1600nm。增益光纖的發射波長對應於複數吸收波段之其一。並且，硫化鉛量子點高分子複合膜是由一硫化鉛量子點材料與一膠體聚合物經過混合及乾燥處理而製成。乾燥處理的步驟包括先在一第一溫度中進行乾燥，再移至一第二溫度中進行乾燥，其中第二溫度高於第一溫度。
在一實施例中，上述的增益光纖所摻雜的稀土元素離子係由鐿離子、鉺離子、銩離子及銣離子所構成的組群中選出。
在一實施例中，上述的系統更包括一極化控制器連接於增益光纖與分光耦合器之間，用以優化脈衝雷射光的波形。
在一實施例中，上述的系統更包括一機械接頭連接於分光耦合器與多波長分工器之間，其中飽和吸收體置於機械接頭內。
在一實施例中，上述的飽和吸收體中所含硫化鉛量子點材料的濃度為2.1×10-2 mol/L，飽和吸收體的厚度為30μm，其吸收光譜包括一最大峰值波長為1524nm。
在一實施例中，上述的系統更包括一第二幫浦光源、一第二多波長分工器及一第二增益光纖，分光耦合器的輸出端與第二幫浦光源共同連接到第二多波長分工器之一端，第二多波長分工器之另一端連接於第二增益，用以構成一光纖雷射放大器。
此外，本發明還提供一種飽和吸收體之製造方法，所製造的飽和吸收體適用於上述被動式Q開關光纖雷射系統，其步驟包括：將一硫化鉛量子點材料均勻分散於一膠體聚合物中，以形成一混合物；再將混合物塗佈於一支撐物上形成一塗層；以及將塗層進行一乾燥處理，乾燥處理係先在一第一溫度中進行一第一階段乾燥，再移至一第二溫度中進行一第二階段乾燥而形成硫化鉛量子點高分子複合膜，其中第二溫度高於第一溫度。
在一實施例中，硫化鉛量子點材料被浸泡在甲苯溶液中形成一硫化鉛量子點甲苯溶液，膠體聚合物為二甲苯聚合物，其中形成混合物的步驟包括：將硫化鉛量子點甲苯溶液及二甲苯聚合物以一體積比，在4°C環境中混合而形成混合物，此體積比可以從2：1、1：1及1：2中擇一；接著，將混合物以接觸式震盪器震盪之後，再放入超音波震盪器振盪。
在一實施例中，乾燥處理步驟的第一溫度位於0°C到8°C的範圍內，較佳為4°C ，第一階段乾燥係為一冷藏乾燥過程，並且第二溫度位於20°C到30°C的範圍內，較佳為25°C，第二階段乾燥係為一自然風乾過程。
在一實施例中冷藏乾燥過程的時間為2~3天，並且自然風乾過程的時間為1天。
本發明的飽和吸收體製作方法簡單，具有低飽和吸收強度的特性，並提供多個吸收波段，故能分別搭配不同摻雜離子或發射波長的增益光纖使用。利用此飽和吸收體可以使被動式Q開關光纖雷射系統具備多個操作波段，並能提高系統的最大輸出功率及最大脈衝能量。
有關本發明之技術內容、特點與功效，在以下配合參考圖式之一實施例的詳細說明中，將可清楚的呈現。以下實施例中所提到的方向用語，例如：上、下、左、右、前或後等，僅是用於參照隨附圖式的方向。因此，這些方向用語僅是用於說明並非是用於限制本發明。
( 第一實施例 ) 圖1為本發明之第一實施例的被動式Q開關光纖雷射系統示意圖。被動式Q開關光纖雷射系統100包括一幫浦光源110及一環型共振腔120。幫浦光源110直接連接至環型共振腔120。在第一實施例中，幫浦光源110為一半導體雷射，其功率為155 mW，可產生波長為976 nm的連續雷射光，下文中稱此連續雷射光為幫浦光LS ，用以做為環型共振腔120的入射光。環型共振腔120包括一多波長分工器121、一增益光纖122、一光隔離器123、一極化控制器124、一分光耦合器125及一飽和吸收體126依序地連接，其中飽和吸收體126連接於分光耦合器125與多波長分工器121之間而形成環形結構。環型共振腔120總長為10公尺。增益光纖122為一摻雜鉺離子(Er3+ )的單模光纖，直徑為10μm，在第一實施例中簡稱為「摻鉺光纖122A」。值得注意的是，第一實施例的飽和吸收體126為一硫化鉛量子點高分子複合膜，是由一硫化鉛量子點材料與一膠體聚合物經過混合及乾燥處理而製成的膠體薄膜。硫化鉛量子點材料直徑約為6.8nm。附帶說明的是，量子點的直徑與能階相關，可以藉由調整量子點的直徑來改變其發射波長。
請參照圖2，為應用於本發明之任一實施例的飽和吸收體之製造方法流程圖。硫化鉛量子點材料被浸泡在濃度為每毫升10毫克的甲苯溶液中形成一硫化鉛量子點甲苯溶液。首先，將發射波長為1600nm的硫化鉛量子點甲苯溶液與一膠體聚合物在4°C下以體積比1:1的比例混合，而形成一混合物，例如：抽取出1毫升的硫化鉛量子點甲苯溶液，再與1毫升的膠體狀二甲苯聚合物在4°C下混合(S200)。接著將混合物進行震盪處理(S210)，其步驟包括：先將混合物經由接觸式震盪器以轉速3200rpm震盪約5分鐘，使硫化鉛量子點均勻分佈於二甲苯聚合物中(S211)；再放入超音波震盪器中震盪約5分鐘(S212)。由於前兩個步驟(S200及S211)會產生許多微小的氣泡，此步驟(S212)是為了讓微小的氣泡結合，漸漸浮上表面而破裂，達到除去混合物中的微小氣泡的目的。接著將均勻的混合物塗佈於乾淨的玻璃片或一適合的支撐物上，形成一塗層(S220)。
塗層的後續處理可以有兩種選擇：一、先將塗層靜置在0°C到8°C的低溫環境中，例如：4°C的冰箱中，進行冷藏乾燥約2~3天(S230)；再將塗層從冰箱移置於20°C到30°C的室溫環境中，較佳為25°C的環境中，自然風乾約1天(S240)，直到完全風乾；完全風乾後形成硫化鉛量子點高分子複合膜，至此可從玻璃片上將硫化鉛量子點高分子複合膜撕下(S270)。二、若是沒有在4°C的冰箱中持續靜置約2~3天而直接將塗層置於室溫下自然風乾(S250)，則後續可再加上一退火步驟：將塗層置於35°C環境中1小時，再從35°C冷卻至室溫(S260)；如此，亦可製成所需的硫化鉛量子點高分子複合膜(S270)。
將混合物的塗層經過以上的乾燥處理後所形成的硫化鉛量子點高分子複合膜可以承受較高的溫度，不需要冷藏保存。製作好的硫化鉛量子點高分子複合膜厚度為30μm，其所含硫化鉛量子點材料的濃度為2.1×10-2 mol/L。
如圖3所示，掃描1000-1600nm的波段，硫化鉛量子點高分子複合膜的吸收光譜在1400nm波長處有一明顯的波谷，將整個掃描範圍分為1000-1400nm及1400-1600nm等兩波段，在1400-1600nm波段內的最大峰值波長為1524nm。在上述兩波段內，較重要的吸收波長位於1000-1100nm及1500-1600nm的波段中，例如：1064nm、1550nm及1565nm。
圖4為硫化鉛量子點高分子複合膜在1565nm波長的雷射光照射下，對不同入射光強度的穿透率量測圖。硫化鉛量子點高分子複合膜的之光穿透率的調制深度D約為6%；飽和吸收強度為0.047 W/μm2 。
如圖5所示，為了將硫化鉛量子點高分子複合膜126a裝設在環型共振腔120內，可將硫化鉛量子點高分子複合膜126a置入一機械接頭126b中，機械接頭126b的兩端各自連接一跳接線126c。兩跳接線126c的另一端再分別連接至分光耦合器125與多波長分工器121。由於第一實施例的飽和吸收體126為一膠體狀態的薄膜元件，所以具有相當好的延展性，雖然機械接頭126b中的空間相當狹窄，但依然可以順利地放入其中，不會破壞原本的結構。
從圖3所示的硫化鉛量子點高分子複合膜126a的吸收光譜圖中，可以看到波長在1524nm的位置有明顯的吸收峰，所以將硫化鉛量子點高分子複合膜126a放入波長為1.55μm的被動式Q開關光纖雷射系統100中做為其飽和吸收體126。在第一實施例中，幫浦光源110產生的幫浦光LS 先經過多波長分工器121後再進入2公尺長的摻鉺光纖122A，摻鉺光纖122A的發射波長在1530nm~1570nm。第一實施例中，藉由波長976nm的幫浦光來激發摻鉺光纖122A中的鉺離子，釋放出波長1.55μm的受激雷射光Le 。接著，此受激雷射光Le 經過光隔離器123，使受激雷射光Le 只能以單一方向前進，並避免受激雷射光Le 被反射而造成環型共振腔120的損壞。接著，受激雷射光Le 再經過極化控制器124後進入分光耦合器125，將受激雷射光Le 的50%能量經由分光耦合器125的一連接端1251傳遞回環型共振腔120並進入飽和吸收體126，另外50%能量經由分光耦合器125一輸出端1252射出環型共振腔120外部，即為被動式Q開關光纖雷射系統100所輸出的脈衝雷射光LP 。傳遞回環型共振腔120的雷射光經過飽和吸收體126後，再與幫浦光LS 一起耦入多波長分工器121。在下文中，將傳遞回環型共振腔的雷射光能量比率稱為「反射率R」。
為了量測射出環型共振腔120外部的脈衝雷射光LP 特性，分光耦合器125的輸出端1252可以再連接至另一分光耦合器(未顯示於圖中)，另一分光耦合器再將射出環型共振腔120外部的脈衝雷射光LP 中10%的能量連接到一光偵測器(未顯示於圖中)，將其轉換為電訊號，然後再連接至一示波器(未顯示於圖中)，以便觀察其輸出波形。另外90%的脈衝雷射光LP 能量則連接到光功率計(未顯示於圖中)。
如圖6所示，以幫浦功率作為橫坐標、脈衝雷射輸出功率作為縱坐標畫一條曲線，該曲線的斜率即為光纖雷射系統的斜效率。第一實施例的被動式Q開關光纖雷射系統100，其斜效率為20.24%。相較於使用習知的飽和吸收體材料的系統，例如：使用半導體飽和吸收鏡的系統其斜效率為18%、使用奈米碳管的系統其斜效率為3.18%、使用石墨烯的系統其斜效率為1.86%，第一實施例的被動式Q開關光纖雷射系統100具有相當高的斜效率。
操作過程中，當幫浦光源110的輸出功率達到30.8mW時，摻鉺光纖122A開始輸出連續光。持續對幫浦光源110增加輸入電流後，當幫浦光源110的輸出功率(下文中簡稱為「幫浦功率」)達到36.4mW時，摻鉺光纖122A的輸出的受激雷射光Le 開始由連續光轉換成脈衝光。藉由調整極化控制器124可以優化脈衝光的波形。將幫浦光源110的輸出功率從36.4 mW增加至128.7mW，則摻鉺光纖122A的輸出功率從0.69mW增加到19.38mW，而脈衝能量從0.16μJ增加到0.8μJ。如圖7所示，重覆頻率從4.36kHz增加到24.2kHz，而單一脈衝的持續時間(下文中稱為「脈衝寬度」)從23.8μs減少到3.34μs。值得注意的是，「重覆頻率隨著幫浦功率的增加而增加，而脈衝寬度隨著幫浦功率的增加而減少」是Q開關雷射系統的典型的現象之一，這個現象的出現證明第一實施例成功地實現被動式Q開關光纖雷射的操作。
下表中列出使用習知奈米碳管及石墨烯做為飽和吸收體的摻鉺光纖Q開關雷射系統與第一實施例中使用的硫化鉛量子點高分子複合膜126a做為飽和吸收體126的被動式Q開關光纖雷射系統100，在相同的幫浦功率時，所量測到的脈衝雷射輸出功率、最大脈衝能量及重覆頻率。相較於習知技術，第一實施例的被動式Q開關光纖雷射系統明顯地具有高出數倍的最大輸出功率及最大脈衝能量。
( 第二實施例 ) 從圖3的硫化鉛量子點高分子複合膜126a的吸收光譜圖中，可以看到波長在1064nm的位置也有很強的吸收，再加上波長為1064nm的脈衝雷射光LP 在生醫、醫美方面也有廣泛的應用，所以將硫化鉛量子點高分子複合膜126a放入波長為1064nm的被動式Q開關光纖雷射系統100中做為其飽和吸收體126。 第二實施例是將第一實施例中的摻鉺光纖122A換成一摻鐿光纖122B，其長度同樣是2公尺，兩實施例只有增益光纖不同，其他元件及架構皆相同。第二實施例藉由波長976nm的幫浦光LS 來激發摻鐿光纖122B中的鐿離子(Yb3+ )，釋放出波長1.064μm的受激雷射光Le 。並且，以硫化鉛量子點高分子複合膜126a來吸收1.064μm波長的受激雷射光Le ，進行被動式Q開關操作而產生脈衝雷射光LP 。
第二實施例的被動式Q開關光纖雷射系統100，其斜效率為14.68%，仍高於大多數使用習知飽和吸收體材料的被動式Q開關光纖雷射系統。將幫浦功率從123.22 mW增加至184.37mW，則摻鐿光纖122B的輸出功率從1.16mW增加到8.91mW，而脈衝能量從0.12μJ增加到0.27μJ；重覆頻率從9.23kHz增加到33.11kHz，而脈衝寬度從5.8μs減少到1.8μs。相較於習知技術，第二實施例的被動式Q開關光纖雷射系統100仍明顯地具有較高的最大輸出功率及最大脈衝能量。
( 第三實施例 ) 將第二實施例中的摻鐿光纖122B長度改為50cm做為第三實施例，並搭配不同反射率R的分光耦合器125來優化被動式Q開關光纖雷射系統100，其他元件及架構皆與第二實施例相同。在50cm長度下的摻鐿光纖122B會將幫浦光LS 完全吸收，且不會有自吸收的問題。
在反射率R為50%時，將幫浦功率從109 mW增加至156 mW，第三實施例的被動式Q開關光纖雷射系統100的重覆頻率從14.43kHz增加到31.57kHz，而脈衝寬度從8.44μs減少到2.53μs。在幫浦功率為156 mW時，摻鐿光纖的平均輸出功率達到12.34mW，同時斜效率為21.63%。在幫浦功率為153 mW時，摻鐿光纖的峰值功率達到0.159W。在幫浦功率為147 mW時，達到最大脈衝能量為404nJ，高於習知使用奈米碳管或石墨烯為飽和吸收體的Q開關摻鐿光纖雷射系統。
在以上實施例中，改變環型共振腔120中分光耦合器125的反射率R可以優化被動式Q開關光纖雷射系統100的斜效率及雷射閥值。透過改變環型共振腔120的腔長或改變硫化鉛量子點高分子複合膜126a所輸出脈衝雷射光之調制深度，可以進一步將脈衝寬度變得更短。可藉由改變硫化鉛量子點高分子複合膜126a的材料參數來優化飽和吸收體126。硫化鉛量子點高分子複合膜126a的厚度可以改為25μm，其所含硫化鉛量子點材料的濃度可以改用0.028mol/L、0.021 mol/L或0.014 mol/L。硫化鉛量子點甲苯溶液及膠體狀的二甲苯聚合物的體積比可以改用1：2或2：1的比例。
( 第四實施例 ) 如圖8所示，第四實施例的被動式Q開關光纖雷射系統係為一光纖雷射放大器300。將第三實施例優化過的被動式Q開關光纖雷射系統100做為光纖雷射放大器300的種子光源100A。另外增加一第二幫浦光源310，第二幫浦光源310的輸出波長亦為976 nm。將分光耦合器125的輸出端1252所輸出的脈衝雷射光LP 與第二幫浦光源310輸出的線性雷射光LSA 共同耦入一第二多波長分工器320，通過此第二多波長分工器320而連接至一第二增益光纖330。第四實施例中，第二增益光纖330為1公尺長的摻鐿光纖。第二幫浦光源310輸出的線性雷射光LSA 被第二增益光纖330吸收而產生受激雷射光LeA ，但因為線性雷射光LSA 受到種子光源100A的脈衝雷射光LP 影響，使受激雷射光LeA 的波長接近或等於種子光源100A的脈衝雷射光LP 的波長，而達到放大作用。附帶一提的是，若將第二增益光纖330的輸出端331切8度角，可防止放大後的受激雷射光LeA 回打至光纖雷射放大器300內。
在第四實施例中，將種子光源100A操作在幫浦光源110的幫浦功率為160mW，此時種子光源100A原本的平均功率為5.72mW；脈衝能量為0.164μJ；峰值功率大約為0.06W。將第二幫浦光源310的輸出功率增加至將近200mW，此時種子光源100A的平均功率被放大到37.4mW；脈衝能量被放大到1.07μJ；而峰值功率被放大到大約0.4W，接近原本的峰值功率的6.5倍。
總括以上所有實施例，可以歸納出一種被動式Q開關光纖雷射系統100的基本型態及影響本發明之功效的重要技術特徵如下。
本發明的被動式Q開關光纖雷射系統100適於輸出波長為1~2μm的脈衝雷射光，此系統的基本型態包括幫浦光源110及環型共振腔120。環型共振腔120的組件至少包括依序連接的增益光纖122、分光耦合器125及飽和吸收體126，這些組件的連接關係請參考圖1。影響本發明之功效的重要技術特徵在於，被動式Q開關光纖雷射系統100所使用的飽和吸收體126為一硫化鉛量子點高分子複合膜126a。此硫化鉛量子點高分子複合膜126a具有兩個重要的吸收波段，分別為1000 nm~1100nm及1500nm~1600nm。因此，在選擇增益光纖122及其摻雜離子的種類時，可以參考上述兩個吸收波段。換言之，增益光纖122的發射波長需對應於飽和吸收體126的多個吸收波段之其一。在一實施例中，增益光纖122可摻雜鐿離子、鉺離子、銩離子或銣離子等稀土元素離子來達成對應的發射波長。
此外，飽如吸收體126的製造方法亦為本發明的技術特徵之一。本發明中，做為飽如吸收體126的硫化鉛量子點高分子複合膜126a是由一硫化鉛量子點材料與一膠體聚合物經過混合及乾燥處理而製成的膠體薄膜。值得注意的是，本發明的飽和吸收體126的材料包含量子點與聚合物，兩者之混合物的乾燥處理過程需涉及溫度的改變。乾燥處理的步驟包括：先在一第一溫度中進行乾燥，再移至一第二溫度中進行乾燥，其中第二溫度高於第一溫度。
本發明的飽和吸收體126是利用低成本的材料及簡單製作方法來製得，具有高成本效益。同時，飽和吸收體126具有低飽和吸收強度的特性，並且具有多個吸收波段，故能分別搭配不同摻雜離子或發射波長的增益光纖使用。利用此飽和吸收體126可以使被動式Q開關光纖雷射系統100具備多個操作波段，並能提高系統的最大輸出功率及最大脈衝能量。
惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利範圍及發明說明內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。另外本發明的任一實施例或申請專利範圍不須達成本發明所揭露之全部目的或優點或特點。此外，摘要部分和標題僅是用來輔助專利文件搜尋之用，並非用來限制本發明之權利範圍。
100‧‧‧被動式Q開關光纖雷射系統
100A‧‧‧光纖雷射放大器的種子光源
110‧‧‧幫浦光源
120‧‧‧環型共振腔
121‧‧‧多波長分工器
122‧‧‧增益光纖
122A‧‧‧摻鉺光纖
122B‧‧‧摻鐿光纖
123‧‧‧光隔離器
124‧‧‧極化控制器
125‧‧‧分光耦合器
1251‧‧‧分光耦合器的連接端
1252‧‧‧分光耦合器的輸出端
126‧‧‧飽和吸收體
126a‧‧‧硫化鉛量子點高分子複合膜
126b‧‧‧機械接頭
126c‧‧‧跳接線
300‧‧‧光纖雷射放大器
310‧‧‧第二幫浦光源
320‧‧‧第二多波長分工器
330‧‧‧第二增益光纖
D‧‧‧硫化鉛量子點高分子複合膜之光穿透率的調制深度
Le‧‧‧受激雷射光
LeA‧‧‧第二增益光纖的受激雷射光
LP‧‧‧脈衝雷射光
LS‧‧‧幫浦光
LSA‧‧‧第二幫浦光源的幫浦光
圖1為本發明之第一至第三實施例的被動式Q開關光纖雷射系統示意圖。
圖2為本發明之一實施例的飽和吸收體製造方法示意圖。
圖3為本發明之一實施例的硫化鉛量子點高分子複合膜吸收頻譜。
圖4為本發明之一實施例的硫化鉛量子點高分子複合膜的光穿透率特性曲線量測圖。
圖5為本發明之一實施例的飽和吸收體安裝結構示意圖。
圖6為本發明之一實施例的被動式Q開關光纖雷射系統斜效率。
圖7為本發明之一實施例的被動式Q開關光纖雷射系統其重複頻率和脈衝寬度對幫浦光源輸出功率的關係圖。
圖8為應用本發明之一實施例的被動式Q開關光纖雷射系統的光纖雷射放大器示意圖。
無
無

Claims (10)

  1. 一種被動式Q開關光纖雷射系統，包括： 一幫浦光源，用於產生一幫浦光；以及 一環型共振腔，用以接收幫浦光，而產生一脈衝雷射光，環型共振腔包括一多波長分工器、一增益光纖及一分光耦合器依序地連接，並且包括一飽和吸收體連接於分光耦合器與多波長分工器之間，飽和吸收體與幫浦光源連接於多波長分工器的同一端， 其中增益光纖摻雜一稀土元素離子，並且提供一發射波長； 其中分光耦合器具有一連接端及一輸出端，連接端用以連接飽和吸收體，輸出端用以供脈衝雷射光射出環型共振腔， 其中飽和吸收體為一硫化鉛量子點高分子複合膜，硫化鉛量子點高分子複合膜具有複數吸收波段，複數吸收波段包括1000nm~1100nm及1500nm~1600nm，並且增益光纖的發射波長對應於複數吸收波段之其一，硫化鉛量子點高分子複合膜是由一硫化鉛量子點材料與一膠體聚合物經過混合及乾燥處理而製成，其中乾燥處理的步驟包括先在一第一溫度中進行乾燥，再移至一第二溫度中進行乾燥，其中第二溫度高於第一溫度。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的被動式Q開關光纖雷射系統，其中增益光纖所摻雜的稀土元素離子係由鐿離子、鉺離子、銩離子及銣離子所構成的組群中選出。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的被動式Q開關光纖雷射系統，更包括一極化控制器連接於增益光纖與分光耦合器之間。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的被動式Q開關光纖雷射系統，更包括一機械接頭連接於分光耦合器與多波長分工器之間，其中飽和吸收體置於機械接頭內。
  5. 如申請專利範圍第1項所述的被動式Q開關光纖雷射系統，其中飽和吸收體中所含硫化鉛量子點材料的濃度為2.1×10-2 mol/L，飽和吸收體的厚度為30μm，其吸收光譜包括一最大峰值波長為1524nm。
  6. 如申請專利範圍第1項所述的被動式Q開關光纖雷射系統，更包括一第二幫浦光源、一第二多波長分工器及一第二增益光纖，分光耦合器的輸出端與第二幫浦光源共同連接到第二多波長分工器之一端，第二多波長分工器之另一端連接於第二增益光纖。
  7. 一種製造被動式Q開關光纖雷射系統的飽和吸收體之方法，用以製造一具有複數吸收波段的硫化鉛量子點高分子複合膜，其中複數吸收波段包括1000nm~1100nm及1500nm~1600nm，方法包括： 將一硫化鉛量子點材料均勻分散於一膠體聚合物中，以形成一混合物； 再將混合物塗佈於一支撐物上形成一塗層；以及 將塗層進行一乾燥處理，乾燥處理係先在一第一溫度中進行一第一階段乾燥，再移至一第二溫度中進行一第二階段乾燥而形成硫化鉛量子點高分子複合膜，其中第二溫度高於第一溫度。
  8. 如申請專利範圍第7項所述的製造被動式Q開關光纖雷射系統的飽和吸收體之方法，其中硫化鉛量子點材料被浸泡在甲苯溶液中形成一硫化鉛量子點甲苯溶液，膠體聚合物為二甲苯聚合物，其中形成混合物的步驟包括： 將硫化鉛量子點甲苯溶液及二甲苯聚合物以一體積比在一低溫環境中混合而形成混合物，其中該低溫環境的溫度位於0°C到8°C的範圍內，該體積比係從2：1、1：1及1：2所構成的群組中選擇其一；以及 將混合物以接觸式震盪器震盪之後，再放入超音波震盪器振盪。
  9. 如申請專利範圍第8項所述的製造被動式Q開關光纖雷射系統的飽和吸收體之方法，其中乾燥處理步驟的第一溫度係位於0°C到8°C的範圍內，第一階段乾燥係為一冷藏乾燥過程，並且第二溫度係位於20°C到30°C的範圍內，第二階段乾燥係為一自然風乾過程。
  10. 如申請專利範圍第9項所述的製造被動式Q開關光纖雷射系統的飽和吸收體之方法，其中冷藏乾燥過程的時間為2~3天，並且自然風乾過程的時間為1天。
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