一种采用反射镜结构的二维纳米材料锁模全光纤激光器制造技术

本发明专利技术实施例涉及一种采用反射镜结构的二维纳米材料锁模全光纤激光器，包括：泵浦源、波分复用器、单模光纤、增益光纤、光纤耦合器、偏振控制器、偏振无关隔离器、光纤环形器及二维纳米材料可饱和吸收体；泵浦源输出的泵浦光经过波分复用器、单模光纤入射到增益光纤，产生激光，入射到光纤耦合器，光纤耦合器将环形腔中的一部分激光分离，用于对光的测量，另一部分激光通过偏振控制器，调整光的偏振态，然后经过偏振无关隔离器，确保光的单向传输；从偏振无关隔离器中传输出的光进入光纤环形器，与二维纳米材料可饱和吸收体相互作用，并由反射镜重新反射回环形腔中，再入射到波分复用器中；经过多次放大，输出脉冲宽度为286fs的锁模激光。

A two-dimensional nano material mode-locked all fiber laser using mirror structure

The embodiment of the invention relates to a two-dimensional nano material mirror structure of the mode-locked fiber laser pumping source, wavelength division multiplexing, optical fiber, optical fiber gain, optical fiber coupler, polarization controller, polarization independent isolator, optical circulator and two-dimensional nano materials saturable absorber; pump output pump light through WDM, single-mode fiber incident to gain fiber, laser incident to the optical fiber coupler, optical fiber coupler ring cavity part of the laser separation, for the measurement of light, the other part of the laser light through a polarization controller, adjust the polarization of light, and then through a polarization independent isolator, ensure unidirectional transmission the light from the polarization independent isolator; transmitted light into the optical circulator, the saturable absorber interaction with two-dimensional nano materials, and The mirror is re reflected in the loop cavity and then incident into the wavelength division multiplexer. After many times of amplification, the mode-locked laser with a pulse width of 286fs is output.

【技术实现步骤摘要】
一种采用反射镜结构的二维纳米材料锁模全光纤激光器
本专利技术涉及激光器
，尤其涉及一种采用反射镜结构的二维纳米材料锁模全光纤激光器。
技术介绍
锁模技术的兴起始于上个世纪60年代，届时稀土掺杂光纤的制备工艺已经日趋成熟，基于掺杂光纤增益介质和半导体激光器的锁模光纤激光器引起了各国学者的研究热情。锁模光纤激光器能够产生皮秒甚至飞秒量级的超短激光脉冲，这就使得它在物理学、生物学、光电子学等研究超快过程的领域有很好的应用前景。而相较于主动锁模过程，被动锁模光纤激光器结构简单、体积小、价格低廉、稳定性好，再加上光谱宽、脉宽窄，很容易实现飞秒级别的锁模，所以我们的专利技术主要应用于被动锁模光纤激光器。被动锁模光纤激光器主要可分为三种：可饱和吸收体锁模光纤激光器，8字腔锁模光纤激光器，非线性偏振旋转被动锁模光纤激光器。无论是8字腔锁模光纤激光器还是非线性偏振旋转被动锁模光纤激光器，都是基于非线性双折射效应的“等效”快饱和吸收体，但是这样的激光器为了积累非线性相移必须增加腔的长度，这就使得锁模激光脉冲重复频率太低，其次，锁模脉冲的稳定性还受温度和应力的影响，所以在实际应用中人们更倾向于基于“真实”可饱和吸收体锁模光纤激光器。目前，基于半导体可饱和吸收镜(SemiconductorSaturableAbsorberMirror，SESAM)实现的被动锁模，是最成熟也是应用最广泛的锁模技术。但是它也有很多不足，首先，受半导体带隙宽度和反射镜衬底的限制，SESAM的工作带宽很窄，限制在约200nm左右；其次，SESAM的制备过程复杂，价格昂贵，现在商用的SESAM仍然需要几千元一片；最关键的是，SESAM的损伤阈值很低，在一些稍高功率的应用中极易损坏，更换SESAM成本非常高。所以近年来，越来越多的研究者试图将二维材料可饱和吸收体作为SESAM的替代品，并取得了一定的成果。常用的可饱和吸收体结构主要分为以下几类：(1)透射式，就是将可饱和吸收体材料用各种方法沉积在光纤的端面或者将可饱和吸收体材料做成PVA薄膜形式，然后通过法兰接入环形腔中，常用此方法的可饱和吸收体材料有石墨烯。但是这种方式有很多的缺点，首先，可饱和吸收体沉积的厚度是不可控的，不能满足比较精确的实验要求；其次，可饱和吸收体所受的应力是不可控的，因为材料处于两个法兰头之间，连接处的应力难以精确计算的，而可饱和吸收体受到的应力是会影响其吸收特性的；最重要的一点是，将材料放在两个法兰之间，不与空气直接接触，散热情况不理想，可能会降低可饱和材料的损伤阈值。(2)将材料置于拉锥光纤的拉锥区，利用倏逝场与材料的相互作用实现锁模，常用此方法的材料有：金属硫化物、拓扑绝缘体等。由于光纤拉锥光纤的锥腰越细越长，它所产生的倏逝场强度就越大，但是若拉锥光纤较细的话，很容易折断，取用和保存都非常的不方便，而且拉锥光纤的成本过高。因此，专利技术一种成本低、可饱和吸收体材料厚度可控、散热情况良好、易于使用和保存的可饱和吸收体结构仍是实验和商业应用上的亟待解决的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种采用反射镜结构的二维纳米材料锁模全光纤激光器，采用反射镜结构的可饱和吸收体材料和非线性偏振旋转技术实现了全光纤结构光纤激光器锁模，获得了286fs的超短激光脉冲输出，其制作工艺简单，价格合理，成本低，保存和使用都非常的方便，此外，其可饱和吸收体的沉积厚度的可控的，并且镀膜镜面是直接与空气接触的，散射情况良好。为实现上述目的，本专利技术提供了一种二维纳米材料锁模全光纤激光器，包括：泵浦源、波分复用器、单模光纤、增益光纤、光纤耦合器、偏振控制器、光纤环形器和反射镜结构的二维纳米材料可饱和吸收体；所述泵浦源，输出泵浦光；所述波分复用器，具有第一输入端、第二输入端和第一输出端；所述第一输入端接收所述泵浦光，通过所述波分复用器对所述泵浦光和反馈光信号进行光信号合成，并通过所述第一输出端输出合成光束；所述单模光纤，接收所述波分复用器输出的合成光束；所述增益光纤，接收由所述单模光纤输出的合成光束，通过所述合成光束使得增益光纤中的稀土离子跃迁，从而对所述合成光束产生增益，输出激光；所述光纤耦合器，具有第三输入端、第二输出端和第三输出端；所述第三输入端接收所述激光，通过所述光纤耦合器将所述激光进行分离，通过第二输出端输出第一激光，并通过第三输出端输出第二激光；所述偏振控制器，接收所述第二激光，对所述第二激光进行偏振处理，输出至所述光纤环形器中；所述光纤环形器，接收偏振后的激光，所述偏振后的激光与所述二维纳米材料可饱和吸收体相互作用，并由反射镜反射回环形腔中，输出所述反馈光信号，返回至所述波分复用器的第二输入端；所述激光经过多次放大后，输出脉冲宽度为286fs的锁模激光。优选的，所述激光器还包括光纤准直器，接收所述第一激光，并输出平行光，由光电二极器探头接收，并传输至光谱仪和频谱仪中进行测量。优选的，所述泵浦源的泵浦激光波长为980nm或1480nm，产生的所述激光波长为1550nm；所述泵浦源的光光转化效率大于40％；最大泵浦功率为200mW、300mW、500mW、680mW或750mW。优选的，所述激光器还包括尾纤，所述合成光束在所述波分复用器与所述单模光纤之间通过所述尾纤传输；所述尾纤为HI1060或SMF28或OFS光纤；插入损耗小于0.5dB。优选的，所述单模光纤为HI1060或SMF28或OFS光纤或双包层光纤。优选的，所述增益光纤具体为：受激辐射波段在1000nm～1100nm间掺镱光纤或者在C和L通讯波段为1530nm～1610nm的掺铒光纤。优选的，所述光纤耦合器的耦合比为50:50，75:25，90:10或99:1。优选的，所述偏振控制器的消光比大于40dB。优选的，所述激光器还包括：偏振无关隔离器，设置于所述偏振控制器与所述光纤环形器之间；其中，所述偏振无关隔离器的隔离度为55dB以上；所述偏振无关隔离器隔离偏振后的激光，使最大功率为200mW至2W，波长为1295nm～1325nm，1530nm～1570nm、1535nm～1565nm或1990nm～2010nm的激光在设定方向上透过。优选的，所述二维纳米材料可饱和吸收体包括石英玻璃衬底、金膜和饱和吸收的纳米材料；所述金膜镀于所述石英玻璃衬底上，所述饱和吸收的纳米材料镀于所述金膜上，从而形成反射镜结构的二维纳米材料。本专利技术实施例提供的一种采用反射镜结构的二维纳米材料锁模全光纤激光器，用反射镜结构的可饱和吸收体材料和非线性偏振旋转技术实现了全光纤结构光纤激光器锁模，获得了286fs的超短激光脉冲输出，其制作工艺简单，价格合理，成本低，保存和使用都非常的方便，此外，其可饱和吸收体的沉积厚度的可控的，并且镀膜镜面是直接与空气接触的，散射情况良好。附图说明图1为本专利技术实施例提供的采用反射镜结构的二维纳米材料锁模全光纤激光器的光路结构示意图；图2为本专利技术实施例提供的采用反射镜结构的二维纳米材料锁模全光纤激光器输出的286fs锁模脉冲激光示意图。具体实施方式下面通过附图和实施例，对本专利技术的技术方案做进一步的详细描述。图1为本专利技术实施例提供的采用反射镜结构的二维纳米材料锁模全光纤激光器的光路结构示意图，如图1所示，包括：泵浦源1、波分复用器(本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种采用反射镜结构的二维纳米材料锁模全光纤激光器，其特征在于，所述激光器包括：泵浦源、波分复用器、单模光纤、增益光纤、光纤耦合器、偏振控制器、光纤环形器和反射镜结构的二维纳米材料可饱和吸收体；所述泵浦源，输出泵浦光；所述波分复用器，具有第一输入端、第二输入端和第一输出端；所述第一输入端接收所述泵浦光，通过所述波分复用器对所述泵浦光和反馈光信号进行光信号合成，并通过所述第一输出端输出合成光束；所述单模光纤，接收所述波分复用器输出的合成光束；所述增益光纤，接收由所述单模光纤输出的合成光束，通过所述合成光束使得增益光纤中的稀土离子跃迁，从而对所述合成光束产生增益，输出激光；所述光纤耦合器，具有第三输入端、第二输出端和第三输出端；所述第三输入端接收所述激光，通过所述光纤耦合器将所述激光进行分离，通过第二输出端输出第一激光，并通过第三输出端输出第二激光；所述偏振控制器，接收所述第二激光，对所述第二激光进行偏振处理，输出至所述光纤环形器中；所述光纤环形器，接收偏振后的激光，所述偏振后的激光与所述二维纳米材料可饱和吸收体相互作用，并由反射镜反射回环形腔中，输出所述反馈光信号，返回至所述波分复用器的第二输入端；所述激光经过多次放大后，输出脉冲宽度为286fs的锁模激光。...

【技术特征摘要】
1.一种采用反射镜结构的二维纳米材料锁模全光纤激光器，其特征在于，所述激光器包括：泵浦源、波分复用器、单模光纤、增益光纤、光纤耦合器、偏振控制器、光纤环形器和反射镜结构的二维纳米材料可饱和吸收体；所述泵浦源，输出泵浦光；所述波分复用器，具有第一输入端、第二输入端和第一输出端；所述第一输入端接收所述泵浦光，通过所述波分复用器对所述泵浦光和反馈光信号进行光信号合成，并通过所述第一输出端输出合成光束；所述单模光纤，接收所述波分复用器输出的合成光束；所述增益光纤，接收由所述单模光纤输出的合成光束，通过所述合成光束使得增益光纤中的稀土离子跃迁，从而对所述合成光束产生增益，输出激光；所述光纤耦合器，具有第三输入端、第二输出端和第三输出端；所述第三输入端接收所述激光，通过所述光纤耦合器将所述激光进行分离，通过第二输出端输出第一激光，并通过第三输出端输出第二激光；所述偏振控制器，接收所述第二激光，对所述第二激光进行偏振处理，输出至所述光纤环形器中；所述光纤环形器，接收偏振后的激光，所述偏振后的激光与所述二维纳米材料可饱和吸收体相互作用，并由反射镜反射回环形腔中，输出所述反馈光信号，返回至所述波分复用器的第二输入端；所述激光经过多次放大后，输出脉冲宽度为286fs的锁模激光。2.根据权利要求1所述的采用反射镜结构的二维纳米材料锁模全光纤激光器，其特征在于，所述激光器还包括光纤准直器，接收所述第一激光，并输出平行光，由光电二极器探头接收，并传输至光谱仪和频谱仪中进行测量。3.根据权利要求1所述的采用反射镜结构的二维纳米材料锁模全光纤激光器，其特征在于，所述泵浦源的泵浦光波长为980nm或1480nm，产生的所述激光波长为1550nm；所述泵浦源的光光转化效率大于40％；最大泵浦功率为200mW、300mW、500mW、680mW或750m...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘文军，庞利辉，韩海年，魏志义，
申请(专利权)人：中国科学院物理研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11