一种基于平面光波导的可饱和吸收体及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种基于平面光波导的可饱和吸收体及其制备方法。可饱和吸收体由平面光波导和覆盖于其上的金属氧化物薄膜组成，平面光波导包括PLC芯片和光纤V型槽，金属氧化物包括ITO、FTO、AZO、IZO、GZO、IGZO，以及Ti，V，Mo，W等过渡金属的氧化物，该可饱和吸收体因所用材料的不同，工作波段可以覆盖可见到近红外波段。本发明专利技术提供了一种全新的用于各类脉冲激光器的可饱和吸收体及制备方法，具有制备方法简单、成本低、激光损伤阈值高等特点，可用广泛用于固体激光器，光纤激光器以及半导体激光器等各类激光器，用以产生最短可达百飞秒的激光脉冲。

A saturable absorber based on planar waveguide and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种基于平面光波导的可饱和吸收体及其制备方法
本专利技术属于脉冲激光领域，具体涉及一种基于平面光波导的可饱和吸收体及其制备方法。
技术介绍
脉冲激光广泛用于激光制造、医疗以及精密光谱等领域。脉冲激光可通过主动和被动调制的方式来产生，主要有锁模和调-Q两种工作方式，其中锁模脉冲最短可到数飞秒量级，而调-Q的脉冲具有较高的脉冲能量。主动调制技术目前主要是通过引入声光调制器或者电光调制器来实现，而被动调制则包括克尔透镜以及可饱和吸收体等。目前，在激光谐振腔中引入可饱和吸收体，通过被动调制的方式来实现脉冲输出被认为最为有效和经济的脉冲激光产生方法。目前绝大多数报道中，可饱和吸收体的插入方式一般都是将非线性光学材料覆盖在光学跳线的端面上，通过两根光学跳线之间的对接形成透过型可饱和吸收体。这种方法结构紧凑，简单易行，但是材料厚度较难优化，不可避免的使得激光器的插入损耗增大，致使光纤激光器的阈值功率提升，而且在激光垂直通过材料时，热效应也进一步提高腔内损耗，致使激光损伤阈值降低。倏逝场是指当光波从光密介质入射到光疏介质且入射角大于临界角时，发生全内反射，但仍有一部分光场将穿过界面进入到光疏介质一侧，其振幅随着与分界面垂直距离的增大而呈指数形式衰减，这部分光场称之为倏逝波。利用倏逝场不仅使光和可饱和吸收体的有效作用长度增大，同时也降低了腔内的热效应。
技术实现思路
为了解决
技术介绍
中的问题，本专利技术提供了一种基于平面光波导的可饱和吸收体及其制备方法，用于各种固体和光纤激光器，具有制备简单、成本低、并且具有优异的可饱和吸收性能和较高的激光损伤阈值。本专利技术采用的技术方案如下：一、一种基于平面光波导的可饱和吸收体可饱和吸收体包括平面光波导和金属氧化物，平面光波导主要由以石英玻璃作为衬底的PLC芯片和光纤V型槽组成，PLC芯片内刻蚀有用于光传输的波导光路，PLC芯片两侧耦合有光纤V型槽，PLC芯片表面刻蚀有用于沉积金属氧化物的凹槽。所述金属氧化物包括掺锡氧化铟ITO、掺氟氧化锡FTO、掺铝氧化锌AZO、掺锌氧化铟IZO、掺镓氧化锌GZO和铟镓锌氧化物IGZO以及金属Ti、V、Mo、W等过渡金属的氧化物。所述可饱和吸收体的工作波段覆盖0.5–3.0微米。所述可饱和吸收体用于不同种类脉冲激光器的锁模和调-Q脉冲的产生。光在平面光波导中传播时的倏逝场与覆盖在PLC芯片上的金属氧化物作用产生可饱和吸收效应。所述的可饱和吸收体用于固体激光器、光纤激光器的锁模或者调-Q的脉冲产生。二、采用上述基于平面光波导的可饱和吸收体的制备方法通过气相沉积法在PLC芯片内刻蚀形成波导光路，PLC芯片表面通过刻蚀形成凹槽且凹槽底部位于波导光路上方10微米处，金属氧化物通过磁控溅射或激光沉积技术沉积在凹槽底部，然后通过波导耦合平台将沉积有金属氧化物的PLC芯片和光纤V型槽耦合后制作形成平面波导型可饱和吸收体。本专利技术的有益效果是：(1)本专利技术中所提出的基于平面光波导的可饱和吸收体，通过倏逝场作用的有效作用长度相比于透过型的可饱和吸收体作用长度大，可增强可饱和吸收体的调制深度，而且倏逝场避免了腔内的热效应，间接提高了可饱和吸收体的抗激光损伤阈值。(2)本专利技术可以通过控制选取不同的金属氧化物来实现对其吸收光谱、非线性光学性质的调制，从而为可饱和吸收体材料的设计和开发提供新的思路。(3)本专利技术具有制备方法简单、成本低、激光损伤阈值高等特点，可用广泛用于固体激光器，光纤激光器以及半导体激光器等各类激光器，用以产生最短可达百飞秒的激光脉冲。附图说明图1为实施例1中基于平面光波导的ITO可饱和吸收体的Z-扫描测试曲线。图2为实施例1中基于平面光波导ITO可饱和吸收体的透过率与入射激光功率的关系。图3为实施例1中基于平面光波导的ITO可饱和吸收体的结构示意图。图4为实施例1中PLC芯片的俯视图。图5为实施例1中激光器的结构。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步说明，但并不因此而限制本专利技术的保护范围。如图3所示，本专利技术的基于平面光波导的可饱和吸收体包括平面光波导和金属氧化物，平面光波导主要由以石英玻璃作为衬底的PLC芯片和光纤V型槽通过刻蚀形成，PLC芯片两侧耦合有光纤V型槽，PLC芯片表面刻蚀有用于沉积金属氧化物的凹槽。其中金属氧化物包括ITO、FTO、AZO、IZO、GZO和IGZO以及金属Ti、V、Mo、W等过渡金属的氧化物。具体实施例：实施例1本实施例说明如何制备基于平面光波导的ITO可饱和吸收体，并将之用于1.5微米波段光纤脉冲激光器。(1)取20微升化学合成的ITO纳米晶甲苯溶液滴在石英片上干燥成膜。利用飞秒激光(220fs，1300nm，1kHz)、通过开孔Z扫描技术研究ITO薄膜的饱和吸收特性，其结果如图1所示，可观察到明显的饱和吸收特性。如图2所示，通过研究其透过率随激发功率的变化关系，再次确认了ITO薄膜具有优异的可饱和吸收特性。(2)如图3所示，波导由PLC芯片通过PECVD方法刻蚀形成；取20微升化学合成的ITO纳米晶甲苯溶液滴在距PLC芯片刻蚀形成的波导上方10微米处，干燥后ITO纳米晶覆于PLC芯片表面，以此作为可饱和吸收体器件。(3)如图5所示，将(2)所得到基于平面光波导的ITO可饱和吸收体置于两个光纤激光器中，作为被动调制锁模原件，在掺Er光纤激光器中实现了锁模脉冲输出，脉冲宽度为670飞秒。实施例2本实施例说明如何制备基于平面光波导的AZO可饱和吸收体，并将之用于1.0微米波段的固体激光器，实现调-Q脉冲输出。(1)取20微升化学合成的AZO纳米晶甲苯溶液滴在距PLC芯片波导10微米的上表面，干燥后AZO纳米晶覆于波导上表面，以此作为可饱和吸收体器件。(2)将(1)得到的可饱和吸收体器件集成于环形激光腔中构成脉冲光纤激光器(这里的增益光纤为掺Yb:YAP光纤)，在980nm泵浦下，得到了调-Q的脉冲输出，激光波长为1060nm，脉冲宽度为2.0微秒。实施例3本实施例说明如何利用激光脉冲沉积技术制备基于平面光波导的IZO可饱和吸收体，工作波段覆盖1.5–3.0微米。(1)取厚度为2毫米，长为10毫米，宽5毫米的PLC芯片，其中波导是由PLC芯片通过PECVD方法刻蚀形成。(2)然后通过激光脉冲沉积技术在(1)所得到的PLC芯片波导上方10微米处沉积一层IZO纳米晶。(3)通过波导耦合平台，将沉积有IZO纳米晶的PLC芯片与光纤V型槽耦合在一起，制作成平面光波导的IZO可饱和吸收体。(4)基于掺Tm光纤，将(2)所制备的平面光波导IZO可饱和吸收体集成于环形光纤激光腔中，得到了2.0微米波段的调-Q脉冲输出，脉冲宽度为4.0微秒。实施例4本实施例说明如何利用激光脉冲沉积技术制备基于平面光波导的IZGO可饱和吸收体。(1)取厚度为2毫米，长为10毫米，宽5毫米的PLC芯片，其中波导是由PLC芯片通过PECVD方法刻蚀形成。(2)然后通过激光脉冲沉积技术在(1)所得到的PLC芯片波导上方10微米处沉积一层IZGO纳米晶。(3)通过波导耦合平台，将沉积有IZGO纳米晶的PLC芯片与光纤V型槽耦合在一起，制作成平面光波导的IZGO可饱和吸收体。(4)基于Er掺杂ZBLAN光纤，将(3)所制备的平面光波导IZGO可饱和吸收体集成于环形本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于平面光波导的可饱和吸收体，其特征在于：可饱和吸收体包括平面光波导和覆盖于平面光波导表面的金属氧化物，平面光波导主要由以石英玻璃作为衬底的PLC芯片和光纤V型槽组成，PLC芯片内刻蚀有用于光传输的波导光路，PLC芯片两侧耦合有光纤V型槽，PLC芯片表面刻蚀有用于沉积金属氧化物的凹槽。

【技术特征摘要】
1.一种基于平面光波导的可饱和吸收体，其特征在于：可饱和吸收体包括平面光波导和覆盖于平面光波导表面的金属氧化物，平面光波导主要由以石英玻璃作为衬底的PLC芯片和光纤V型槽组成，PLC芯片内刻蚀有用于光传输的波导光路，PLC芯片两侧耦合有光纤V型槽，PLC芯片表面刻蚀有用于沉积金属氧化物的凹槽。2.根据权利要求1所述的一种基于平面光波导的可饱和吸收体，其特征在于：所述金属氧化物包括掺锡氧化铟ITO、掺氟氧化锡FTO、掺铝氧化锌AZO、掺锌氧化铟IZO、掺镓氧化锌GZO和铟镓锌氧化物IGZO以及金属Ti、V、Mo、W的氧化物。3.根据权利要求1所述的一种基于平面光波导的可饱和吸收体，其特征在于：所述可饱和吸收体的工作波段覆盖0.5–3....

【专利技术属性】
技术研发人员：张多多，刘小峰，邱建荣，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33