一种基于二硫化碳非线性克尔介质的脉冲光纤激光器制造技术

本发明专利技术公开了一种基于二硫化碳非线性克尔介质的脉冲光纤激光器，包括泵浦光源以及泵浦光源相连接的谐振腔，所述谐振腔中包括可饱和吸收体，所述可饱和吸收体的输出光纤与输入光纤为锥形结构，所述可饱和收体为液态二硫化碳。通过在谐振腔中设置可饱和吸收体，利用光纤中的克尔效应结合硬光阑的锁模方法，在两段光纤端面之间放入非线性介质起到可饱和吸收作用，光束进入非线性介质中，色散与非线性克尔效应之间达到平衡，对脉冲进行整形，再耦合进入光纤中继续传输，二硫化碳具有高的非线性指数，采用二硫化碳液体制成Kerr介质进行设计可饱和吸收体，可饱和吸收效果最佳，稳定性好、光束质量好，可广泛应用在生物医学、通信传感、材料加工等领域。

A Pulsed Fiber Laser Based on Carbon Disulfide Nonlinear Kerr Medium

The invention discloses a pulsed fiber laser based on carbon disulfide non-linear Kerr medium, which comprises a pump light source and a resonator connected with the pump light source. The resonator includes a saturable absorber. The output fiber and the input fiber of the saturable absorber are tapered structures, and the saturable receptacle is liquid carbon disulfide. By setting a saturable absorber in the resonator, using the Kerr effect in the optical fiber and mode-locking method of hard diaphragm, a non-linear medium is placed between the ends of the two segments of the optical fiber to play a saturable absorption role. The beam enters the non-linear medium, the dispersion and the non-linear Kerr effect are balanced, the pulse is shaped, and then coupled into the optical fiber to continue transmission, carbon disulfide. With high non-linear index, Kerr medium made of carbon disulfide liquid is used to design saturable absorber, which has the best saturable absorption effect, good stability and good beam quality. It can be widely used in biomedicine, communication sensing, material processing and other fields.

【技术实现步骤摘要】
一种基于二硫化碳非线性克尔介质的脉冲光纤激光器
本专利技术涉及激光器
，尤其涉及一种基于二硫化碳非线性克尔介质的脉冲光纤激光器。
技术介绍
在通信领域，特别是在长距离大容量通信领域中，光纤通信技术以其无与伦比的传输性能和巨大的带宽潜力中占据着不可替代的位置。为了满足超大容量通信系统的需求，需要扩大光通信系统的传输容量，目前的有效途径是采用复用技术，特别是密集波分复用(DWDM)、光时分复用(OTDM)，以及二者之间的有机结合，这已逐渐成为现代通信干线网的主体。而这种光通信方式的一个关键技术就是要获得高质量的超短脉冲源。光纤激光器作为长距离大容量通信系统中的光源，其最大的特点就是其脉冲几乎没有啁啾，在40GHz的高频范围内，不需要进行脉冲压缩或啁啾补偿，就能产生ps/fs级的超短光脉冲，同时，还具有与光纤通信系统的兼容性好,调谐范围宽(40nm)，几乎可以覆盖整个EDFA增益谱的波长等优点。在各种类型的激光器中，脉冲激光器是一种特殊类型的激光器，它被用于产生稳定和可控的能量脉冲。脉冲激光器是通过将纵向腔体模式锁定在一起以便以脉冲形式发光而不是作为连续波产生。相应的概念被称为模式锁定。根据波长，脉冲持续时间，脉冲能量和脉冲重复频率，可以有多种脉冲生成方法和不同类型的脉冲激光。例如，在主动模式锁定中，使用快门来强制激光内部形成脉冲，并且所产生的脉冲宽度通常约为100ps或更长。而被动模式锁定是通过用非线性材料替换有源调制器来实现的，以便脉冲可以调制自己。所以被动模式锁定产生的脉冲时间通常较短。光纤激光器诞生于20世纪60年代初，已经有五十多年的发展史。随着光纤通信技术、光纤制造工艺以及与激光器技术的日趋成熟而迅猛发展，特别是20世纪90年代后期，随着半导体激光器及掺杂光纤制作技术的日益成熟，光纤激光器的研究取得了重大进展，输出功率、波长调谐范围等性能得到了显著提高，适用于各种不同应用领域的光纤激光器纷纷面世。目前已有的饱和吸收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材料，但是半导体可饱和吸收镜工作范围小，制作成本较高；石墨烯和黑磷的稳定性不好，容易氧化变质，无法长时间工作。
技术实现思路
针对上述缺陷或不足，本专利技术的目的在于提供一种基于二硫化碳非线性克尔介质的脉冲光纤激光器。为达到以上目的，本专利技术的技术方案为：一种基于二硫化碳非线性克尔介质的脉冲光纤激光器，包括泵浦光源以及与泵浦光源相连接的谐振腔，所述谐振腔中包括可饱和吸收体，所述可饱和吸收体的输出光纤与输入光纤为锥形结构，所述可饱和收体为二硫化碳。所述谐振腔包括依次连接的第一耦合器、增益光纤、第二耦合器、滤波器、以及可饱和吸收体，可饱和吸收体输出端与第一耦合器通过单模光纤相连接，形成环形回路，所述泵浦光源与第一耦合器相连接，第二耦合器上连接有输出端。所述增益光纤为铒镱共掺增益光纤。所述泵浦光源的波长为972nm。所述可饱和吸收体的两端光纤的外径为20μm，厚度为3mm。与现有技术比较，本专利技术的有益效果为：本专利技术提供了一种基于可饱和吸收体的脉冲光纤激光器，通过在谐振腔中设置可饱和吸收体，利用光纤中的克尔效应结合硬光阑的锁模方法，在两段光纤端面之间放入非线性介质起到可饱和吸收作用，光束进入非线性介质中，色散与非线性克尔效应之间达到平衡，对脉冲进行整形，再耦合进入光纤中继续传输，二硫化碳具有高的非线性指数，采用二硫化碳液体制成Kerr介质进行设计可饱和吸收体，可饱和吸收效果最佳，稳定性好、光束质量好，在生物医学、通信传感、材料加工等领域应用广泛。附图说明图1是本专利技术基于二硫化碳非线性克尔介质的脉冲光纤激光器结构示意图；图2是本专利技术光谱滤波器和往返传播后的脉冲能量图；图3是本专利技术稳定状态下腔体内部的脉冲演变图；图4是本专利技术各元件稳定后的脉冲上排为脉冲图。具体实施方式下面将结合附图对本专利技术做详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术的保护范围。激光光束的非线性折射率的随着激光强度的变化而变化会使激光光束会产生自聚焦现象，也称为克尔效应。穿过介质的光线与内部的原子或者颗粒相互作用，从而导致更高阶的非线性。在中心对称介质中，不存在二阶非线性效应χ(2)，三阶非线性效应χ(3)起到重要的作用。通常三阶非线性效应都是需要通过额外的设计满足一定的相位匹配条件来实现，当相位匹配条件自动满足时，自诱导效应可以自发产生，通常称为克尔效应。在非线性介质中，克尔效应会引起与强度分布成比例的相位延迟，通常在光轴上最大，在边缘最小。这种通过相位分布使光束汇聚或者发散的效应其作用类似于一个透镜。克尔效应可以用数学表达式表出：n＝n0+nI2I式中n是实际折射率，n0是固定折射率，nI2是非线性折射率，I是光强。本专利技术利用光纤中的克尔效应结合硬光阑的锁模方法设计一种新的可饱和吸收体。如图1所示，本专利技术提供了一种基于二硫化碳非线性克尔介质的脉冲光纤激光器，包括泵浦光源7以及与泵浦光源7相连接的谐振腔，所述谐振腔中包括可饱和吸收体6，所述可饱和吸收体6的输出光纤与输入光纤为锥形结构，所述可饱和收体为二硫化碳，插入液体中的光纤，输出端涂增反膜，输入端涂增透膜。具体地，所述谐振腔包括依次连接的第一耦合器1、增益光纤2、第二耦合器3、滤波器5、以及可饱和吸收体6，可饱和吸收体6输出端与第一耦合器1相连接，形成环形回路，所述泵浦光源7与第一耦合器1通过单模光纤相连接，第二耦合器3上连接有输出端4。所述泵浦光源的波长为972nm。所述可饱和吸收体的两端光纤的外径为20μm，厚度为3mm。本专利技术中，所述增益光纤2为Er：Yb掺杂增益光纤。所述耦合器1传输972nm和1550nm附近的波长。耦合器2将输入分为两部分：一部分耦合输出，一部分回到光纤腔。在光纤腔中，掺杂增益光纤为Er：Yb，其余光纤是单模光纤，隔离器用于确保脉冲顺时针传播。在实现基于二硫化碳非线性克尔介质的可饱和吸收体功能的虚线矩形中有一个自由空间区域。在该区域，发射光纤和接收光纤都是锥形的，并且它们之间以一定的间隙放置。该间隙填充非线性介质。光纤端面之间的距离表示为D。示例性的输入光纤和输出光纤面对面放置，并且没有任何角度倾斜和横向偏移。本专利技术的原理为：可饱和吸收体在腔内的作用是得到一个自振幅调制的光，它会引入一定的腔内损耗，对强光的损耗比较小，对弱光的损耗较大。光脉冲在时域上看，中央部分强度较高而两翼强度较弱，因此再通过可饱和吸收体之后会在时域上得到压缩。利用可饱和吸收体，腔内自启动锁模得以实现。已知的可饱和吸收机制有好几种，主要分为人造可饱和吸收体和真实可饱和吸收体，人造可饱和吸收体如克尔透镜锁模，非线性偏振旋转效应等，真实可饱和吸收体主要有碳纳米管，半导体可饱和吸收镜等。本专利技术实验结果：本专利技术谐振腔共由6个元件组成：两个无源光纤(PF1和PF2)，一个有源光纤(AF)，一个可饱和吸收器(SA)，一个输出耦合器(OC)和一个光谱滤波器(SF)，采用二硫化碳作为克尔介质实现克尔透镜锁模。设原始光束为：其中，p0是初始脉冲功率，c0是啁啾，m0是光束形状因子，t0是脉冲宽度。脉冲半宽度本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于二硫化碳非线性克尔介质的脉冲光纤激光器，其特征在于，包括泵浦光源(7)以及与泵浦光源(7)相连接的谐振腔，所述谐振腔中包括可饱和吸收体(6)，所述可饱和吸收体(6)的输出光纤与输入光纤为锥形结构，所述可饱和收体为液态二硫化碳。

【技术特征摘要】
1.一种基于二硫化碳非线性克尔介质的脉冲光纤激光器，其特征在于，包括泵浦光源(7)以及与泵浦光源(7)相连接的谐振腔，所述谐振腔中包括可饱和吸收体(6)，所述可饱和吸收体(6)的输出光纤与输入光纤为锥形结构，所述可饱和收体为液态二硫化碳。2.根据权利要求1所述的基于可饱和吸收体的脉冲光纤激光器，其特征在于，所述谐振腔包括依次连接的第一耦合器(1)、增益光纤(2)、第二耦合器(3)、滤波器(5)、以及可饱和吸收体(6)，可饱和吸收体(6)输出端与第一耦合器(1)通过...

【专利技术属性】
技术研发人员：张靓，毛洪存，李旭炜，王天枢，
申请(专利权)人：长春理工大学，
类型：发明
国别省市：吉林,22