基于量子点填充的带空心孔区光子晶体光纤可调谐激光器制造技术

本发明专利技术公开了一种基于量子点填充的带空心孔区光子晶体光纤可调谐激光器，包括光源输入端、光学谐振腔和激光输出端，光源输入端依次设有可连续输出泵浦光的激光泵浦源、对泵浦光进行准直调整的泵浦耦合系统，激光输出端设有反射镜，泵浦耦合系统和反射镜之间设有双色镜和光子晶体光纤，光学谐振腔由双色镜和反射镜所围成的空间构成，光子晶体光纤位于光学谐振腔中，光子晶体光纤中填充有激光增益介质，该激光增益介质为PbSe量子点。本发明专利技术具有结构简单、可以实现稳定输出、通过改变量子点的尺寸来实现激光器的调谐输出等优点。

Photonic crystal fiber tunable laser with hollow cavity based on quantum dot filling

The present invention discloses a hollow hole photonic crystal fiber filled tunable laser based on quantum dots, including light input, optical resonator and laser output light source input end is orderly provided with a laser pumping source, continuous output of the pump coupling system of quasi straight for adjusting the pump laser output. At the end of a mirror, dichroic mirror and photonic crystal fiber is arranged between the coupling system and mirror of space optical resonator by dichroic mirror and mirror enclosed structure, photonic crystal fiber in the optical cavity, photonic crystal fiber filled with laser gain medium, the laser gain medium is PbSe quantum dots. The invention has the advantages of simple structure, stable output and tunable output by changing the size of the quantum dot.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于量子点光子晶体光纤激光器
，尤其是一种基于量子点填充的带空心孔区光子晶体光纤可调谐激光器。
技术介绍
稀土离子掺杂（如Yb、Er、Ho、Tm等）光纤激光器 ，由于其具有高光束质量、高转换效率以及高增益等特点，使得光纤激光器的性能得到了极大地提高。传统稀土离子掺杂光纤激光器经过多年的发展，天然元素掺杂的光纤激光器性能几乎达到最优化。随着量子点材料迅速发展，提出基于量子点的激光器。人工量子点材料具备良好的、甚至是理想的吸收和辐射谱，它们的光学性质主要取决于半径大小，与组成无关，通过改变量子点的大小就可以获得从紫外到近红外范围内的任意点的光谱。这些优越性是天然稀土元素无法达到或具备的。理论上，量子点（QD）激光器比量子阱、量子线激光器具有更高的特征温度、更高的发光效率和微分增益、更低的阈值电流和频率啁啾、更窄的光谱线宽和超快的高频响应等特性。光子晶体光纤（Photonic Crystal Fiber，PCF）特殊的传导机制和可灵活设计的结构，使它具有普通光纤无法比拟的独特性质。它的截面是由周期性（通常为六角形周期排列）的空气孔排列而成并沿整个光纤的轴向延伸，形成二维光子晶体结构；纤芯由石英或空气孔构成线缺陷，利用其局域光的能力，将光限制在缺陷内传播。在研究光子晶体光纤本身微结构及其光纤特性的同时，研究人员也致力于在空气孔中填充介质材料，如气体、聚合物、液晶、量子点等，能够设计可调节的光纤功能器件。现有的光子晶体光纤激光器就是将掺杂有增益物质的光子晶体光纤代替原来的掺杂光纤而获得光子晶体光纤激光器。对于这种光子晶体光纤激光器来说，其虽然具有本身的优点，但是不能实现调谐输出。由于量子点的能级分立特性,以及量子点的量子限域效应和小尺寸效应，其发射峰可以根据量子点尺寸进行调谐，这一优势可以使量子点产生可调谐激光。量子点具有宽的吸收光谱和较宽的发射光谱，并可以通过其尺寸来调谐发光峰值波长。量子点和光子晶体光纤是目前处于国际研究前沿的两种人造材料，前者体现了对电子能带的控制作用，而后者则体现了对光子能带的控制作用。但现有技术中并未有材料公开报道将上述两种材料进行结合的技术。
技术实现思路
为了克服现有技术的不足，本专利技术提供了一种基于量子点填充的带空心孔区光子晶体光纤可调谐激光器，本专利技术通过设计一种带空心孔区的光子晶体光纤（横截面结构图如图1所示），在光子晶体光纤的多个空心孔区中填充量子点，实现将带空心孔区光子晶体光纤与量子点相结合的目的，使得技术人员既可以利用光子晶体光纤独特的波导结构和特有的光学性质，也可以利用量子点的光谱特性，并可以通过改变填充量子点的尺寸大小，实现C波段（1528nm～1565nm）的可调谐输出；该激光器具有结构简单、可以实现稳定输出、通过改变量子点的尺寸来实现激光器的调谐输出等优点。为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种基于量子点填充的带空心孔区光子晶体光纤可调谐激光器，其特征在于：包括光源输入端、光学谐振腔和激光输出端，光源输入端依次设有可连续输出泵浦光的激光泵浦源、对泵浦光进行准直调整的泵浦耦合系统，激光输出端设有反射镜，泵浦耦合系统和反射镜之间设有双色镜和光子晶体光纤，光学谐振腔由双色镜和反射镜所围成的空间构成，光子晶体光纤位于光学谐振腔中，光子晶体光纤中填充有激光增益介质，该激光增益介质为PbSe量子点。上述泵浦源输出的光源经光纤输出聚焦镜整形后作为泵浦光， PbSe量子点被泵浦光照射后，在光学谐振腔内，光被来回振荡，将PbSe量子点的自发发射放大后形成激光，产生的激光经紧贴光子晶体端面的反射镜输出；通过改变在光子晶体光纤的空心孔区填充的量子点的尺寸，可以实现多波长的输出。进一步的，所述光子晶体光纤固定安装于五维高精度调整架上，双色镜和反射镜分别位于光子晶体光纤的两端。上述激光增益介质的两端分别固定在五维高精度调整架上，以便进行激光器的调整。进一步的，所述激光泵浦源采用半导体激光器。上述泵浦源采用半导体激光器，光源通过尾纤输出，尾纤通过快速接头PMA与泵浦耦合系统连接，泵浦源可以实现连续稳定输出，同时它的输出功率可以通过控制电流而进行调节。进一步的，所述泵浦耦合系统采用光纤输出聚焦镜，聚焦镜倍率为1:0.5，泵浦光透过率＞95%，工作距离为30mm，数值孔径为0.22，PMA905接口。上述量子点填充的光子晶体光纤激光器对泵浦耦合效率要求较高，使用光纤输出聚焦镜对尾纤输出的泵浦光进行聚焦、扩束，然后将泵浦光耦合入光纤，可以实现高效耦合；经过光纤输出聚焦镜整形后的光束空间耦合进入激光增益介质。进一步的，所述双色镜采用平面双色镜，且双色镜表面镀有泵浦光增透光学膜。上述结构中，平面双色镜表面镀膜可以提高双色镜的透光性。进一步的，所述反射镜采用平面反射镜，且反射镜表面镀有激光全反光学膜。上述结构中，平面反射镜表面镀膜可以提高反射镜的反射性。专利技术目的二：本专利技术还提供了一种用于将PbSe量子点填充光子晶体光纤的空芯区的方法，其特征在于：配置量子点水溶液，将注射器排空气体，将注射器的针头与光子晶体光纤一端通过胶体粘结密封，光子晶体光纤的另一端则插入量子点水溶液中，旋转注射器抽取量子点。采用上述方案，本专利技术使用的PbSe量子点优选为各粒度浓度相同且空间均匀掺杂的量子点。PbSe量子点的光学性质主要取决于尺寸，本专利技术通过改变量子点的大小可以获得C波段内的任意点的光谱。PbSe量子点具有带隙大小可调谐，激子束缚能小，光致发光量子产率高，光响应调谐范围大等光学特性。而且合成技术成熟，可以通过控制反应条件获得不同尺寸的PbSe量子点。上述带空心孔区光子晶体光纤作为PbSe量子点的填充载体，该光子晶体光纤具有更大更多的空心孔区，可以填充的量子点的量也比普通空心光子晶体光纤填充的多，且填充过程相对方便。同时，带空心孔区光子晶体光纤的包层直径较大，经过光纤聚焦镜之后的泵浦光能够全部耦合进入光纤，减少损耗。上述双色镜和输出端的反射镜之间的空间组成光子晶体光纤激光器的光学谐振腔。泵浦端的双色镜对泵浦光高透，对产生的多个波长的激光高反。泵浦光通过泵浦端双色镜进入光子晶体光纤，激发PbSe量子点发射特定波长的光，多次振荡之后形成激光输出。输出端反射镜具有较宽波谱范围，可以对多个波长范围的激光形成振荡。本专利技术专利的工作原理：半导体激光器发出的光源经过光纤输出聚焦镜聚焦、准直后作为泵浦光通过泵浦端双色镜耦合到激光增益介质。PbSe量子点受到泵浦光激发归于产生光致发光现象，光致发光的波长与PbSe量子点的尺寸有关，其被激光激发时，其光致发光光谱可根据量子点的尺寸可在C波段进行调谐；并且，由于量子点的分立能级特性，其光致发光线宽较窄。光子晶体光纤放置于双色镜和反射之间的光学谐振腔中；这些光致发光在光学谐振腔中多次振荡和放大，达到阈值后，由透射端实现激光输出。通过调节量子点的尺寸，以此来实现可调谐激光输出。本专利技术将带空心孔区光子晶体光纤与量子点相结合，既可以利用光子晶体光纤独特的波导结构和特有的光学性质，也可以利用量子点的光谱特性和荧光量子化效率高的特点；将PbSe量子点填充于带空心孔区光子晶体光纤中，然后利用半导体激光器对光子晶体光纤中的量子点进行泵浦，最终达到产生激光的目的。本专利技术所设计的带空心本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于量子点填充的带空心孔区光子晶体光纤可调谐激光器，其特征在于：包括光源输入端、光学谐振腔和激光输出端，光源输入端依次设有可连续输出泵浦光的激光泵浦源、对泵浦光进行准直调整的泵浦耦合系统，激光输出端设有反射镜，泵浦耦合系统和反射镜之间设有双色镜和光子晶体光纤，光学谐振腔由双色镜和反射镜所围成的空间构成，光子晶体光纤位于光学谐振腔中，光子晶体光纤中填充有激光增益介质，该激光增益介质为PbSe量子点。

【技术特征摘要】
1.一种基于量子点填充的带空心孔区光子晶体光纤可调谐激光器，其特征在于：包括光源输入端、光学谐振腔和激光输出端，光源输入端依次设有可连续输出泵浦光的激光泵浦源、对泵浦光进行准直调整的泵浦耦合系统，激光输出端设有反射镜，泵浦耦合系统和反射镜之间设有双色镜和光子晶体光纤，光学谐振腔由双色镜和反射镜所围成的空间构成，光子晶体光纤位于光学谐振腔中，光子晶体光纤中填充有激光增益介质，该激光增益介质为PbSe量子点。2.根据权利要求1所述的基于量子点填充的带空心孔区光子晶体光纤可调谐激光器，其特征在于：所述光子晶体光纤固定安装于五维高精度调整架上，双色镜和反射镜分别位于光子晶体光纤的两端。3.根据权利要求1所述的基于量子点填充的带空心孔区光子晶体光纤可调谐激光器，其特征在于：所述激光泵浦源采用半导体激光器。4.根据权利要求1或2或...

【专利技术属性】
技术研发人员：金露凡，徐临超，王坤，钟正根，蔡承宇，牛丽媛，
申请(专利权)人：浙江工贸职业技术学院，
类型：发明
国别省市：浙江;33