專利名稱：一種基于單壁碳納米管的被動鎖模器件及光纖激光器的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于光纖激光器設計技術領域，尤其涉及一種基于單壁碳納米管的被動鎖模器件及光纖激光器。
背景技術：
激光鎖模是指產生超短脈沖激光的技術，包括主動鎖模和被動鎖模。其中的被動鎖模是指利用被動鎖模器件的非線性吸收特性來產生皮秒量級或飛秒量級的超短脈沖激光的技術。由于應用被動鎖模技術的被動鎖模光纖激光器具有結構簡單緊湊、穩定性高、脈沖質量高、效率高、成本低、容易維護等優點，因此被廣泛應用于光纖通信、光信號處理與傳感、光譜度量學、三維光存儲、超連續譜光源、生物光子學、激光醫療等領域。傳統的被動鎖模器件有非線性光纖環形鏡、非線性偏振旋轉控制開關和半導體可飽和吸收鏡等，其中的半導體可飽和吸收鏡應用較廣泛。然而，由于半導體可飽和吸收鏡的制備需要應用到超凈間、金屬有機化合物氣相淀積、金屬有機氣相外延或分子束外延等專業、復雜的半導體器件生產設備，使得其制備成本較高。為此，現有技術提供了一種被動鎖模器件。相對于傳統的半導體可飽和吸收鏡，單壁碳納米管的制備處理容易、成本低、且易于全封閉封裝。目前的被動鎖模器件是通過單壁碳納米管(SWCNTs)在激光器諧振腔中直接與傳輸光場相互作用，利用其可飽和吸收特性實現對激光的被動鎖模的。然而，由于激光器諧振腔中非常高的光功率密度會對單壁碳納米管產生熱損傷，因此，現有技術提供的該種被動鎖模器件在產生高能量脈沖方面受到限制；此外，該種被動鎖模器件還會在諧振腔中引入額外的插入損耗和有害的反射光，而且直接物理接觸也會對單壁碳納米管產生損傷，使激光器的穩定性和輸出脈沖質量得不到保障。
實用新型內容本實用新型的目的在于提供一種基于單壁碳納米管的被動鎖模器件，旨在使激光器能產生穩定的高質量和高功率的脈沖。本實用新型是這樣實現的，所述被動鎖模器件包括光子晶體光纖；所述光子晶體光纖的包層空氣孔中填充有單壁碳納米管。本實用新型還提供了一種光纖激光器，包括輸出具有第一波長值的泵浦光的泵浦源、諧振腔、第二光隔離單元和輸出端，所述諧振腔為單向環形諧振腔，所述諧振腔包括作為增益物質的摻鉺離子、將所述泵浦源輸出的具有所述第一波長值的泵浦光轉換成具有第二波長值的激光的單模光纖；光纖偏振控制單元；第一光隔離單元；對輸入的激光進行被動鎖模、以得到超短脈沖激光的第一基于單壁碳納米管的被動鎖模器件；[0012]將所述第一基于單壁碳納米管的被動鎖模器件鎖模得到的一部分所述超短脈沖激光輸出給所述第二光隔離單元的光纖耦合單元；置于所述第一基于單壁碳納米管的被動鎖模器件鎖模得到的另一部分所述超短脈沖激光傳輸給光路上的單模光纖；光纖波分復用單元；
所述光纖波分復用單元、摻鉺離子的單模光纖、光纖偏振控制單元、第一光隔離單元、第一基于單壁碳納米管的被動鎖模器件、光纖耦合單元和單模光纖沿所述諧振腔中激光傳輸的方向順次排列；所述第一基于單壁碳納米管的被動鎖模器件為如權利要求1所述的基于單壁碳納米管的被動鎖模器件，且所述光子晶體光纖是纖芯沒有摻鉺離子的無源光纖。本實用新型還提供了一種光纖激光器，包括輸出具有第一波長值的泵浦光的泵浦源、諧振腔、第二光隔離單元和輸出端，所述諧振腔為單向環形諧振腔，所述諧振腔包括對輸入的激光進行被動鎖模，以得到超短脈沖激光，同時將所述泵浦源輸出的具有所述第一波長值的泵浦光轉換成具有第二波長值的激光的第二基于單壁碳納米管的被動鎖模器件；光纖偏振控制單元；第一光隔離單元；將所述第一光隔離單元得到的一部分所述超短脈沖激光輸出給所述第二光隔離單元的光纖耦合單元；置于所述第一光隔離單元得到的另一部分所述超短脈沖激光傳輸給光路上的單模光纖；光纖波分復用單元；所述光纖波分復用單元、第二被動鎖模器件、光纖偏振控制單元、第一光隔離單元、光纖耦合單元和單模光纖沿所述諧振腔中激光傳輸的方向順次排列；所述第二基于單壁碳納米管的被動鎖模器件為如權利要求1所述的基于單壁碳納米管的被動鎖模器件，且所述光子晶體光纖是纖芯摻有鉺離子的有源光纖。由于本實用新型提供的基于單壁碳納米管的被動鎖模器件將單壁碳納米管應用于光子晶體光纖中，而光子晶體光纖的包層是由一系列空氣孔組成，對溫度不敏感，具有良好的溫度穩定性，可以增加單壁碳納米管和光纖纖芯傳導模的倏逝場在激光器諧振腔中的相互作用長度，而且避免了對單壁碳納米管產生熱損傷。同時由于光子晶體光纖的色散設計具有較大的靈活性，可以補償激光器諧振腔中其它元件引入的色散，實現靈活的諧振腔色散管理和優良的鎖模效果，從而保證了激光器的穩定性和輸出的超短脈沖的質量。
圖1是本實用新型提供的基于單壁碳納米管的被動鎖模器件的制備方法流程圖；圖2是本實用新型第一實施例提供的光纖激光器的結構圖；圖3是本實用新型第二實施例提供的光纖激光器的結構圖。
具體實施方式
[0030]為了使本實用新型的目的、技術方案及優點更加清楚明白，
以下結合附圖及實施例，對本實用新型進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本實用新型，并不用于限定本實用新型。本實用新型提供的基于單壁碳納米管的被動鎖模器件為保證激光器能產生穩定的高質量和高功率的脈沖，采用了將單壁碳納米管與光子晶體光纖(Photonic Crystal Fiber, P CF)相結合的技術。本實用新型提供的基于單壁碳納米管的被動鎖模器件包括光子晶體光纖，該光子晶體光纖既可以是纖芯摻有鉺離子的有源光纖，也可以是纖芯沒有摻鉺離子的無源光纖；該光子晶體光纖包層空氣孔中填充有單壁碳納米管。該基于單壁碳納米管的被動鎖模器件是通過單壁碳納米管與光纖纖芯傳導模的倏逝場相互作用而實現對經過其中的激光的鎖模的。由于本實用新型提供的基于單壁碳納米管的被動鎖模器件將單壁碳納米管應用于光子晶體光纖中，而光子晶體光纖的包層是由一系列空氣孔組成，對溫度不敏感，具有良好的溫度穩定性，可以增加單壁碳納米管和光纖纖芯傳導模的倏逝場在激光器諧振腔中的相互作用長度，而且避免了對單壁碳納米管產生熱損傷。同時由于光子晶體光纖的色散設計具有較大的靈活性，可以補償激光器諧振腔中其它元件引入的色散，實現靈活的諧振腔色散管理和優良的鎖模效果，從而保證了激光器的穩定性和輸出的超短脈沖的質量。本實用新型還提供了一種如上所述的基于單壁碳納米管的被動鎖模器件的制備方法，如圖1示出了該制備方法的流程，包括以下步驟在步驟SlOl中，制備單壁碳納米管與聚合物材料的混合溶液，要求聚合物材料對激光波長的折射率小于石英玻璃對激光波長的折射率，例如可選用聚甲基丙烯酸甲酯 (Polymethyl Methacrylate, PMMA) 0該步驟具體可以包括以下步驟將單壁碳納米管粉體分散于二氯代苯溶液；將分散后的二氯代苯溶液與符合上述要求的聚合物材料的溶液混
I=I ο為了實現單壁碳納米管粉體在溶液中的均勻擴散，防止單壁碳納米管粉體的團簇，本實用新型在將分散后的二氯代苯溶液與聚甲基丙烯酸甲酯溶液混合的步驟之前還可以包括以下步驟對單壁碳納米管粉體施加超聲波。在步驟S102中，利用毛細作用或真空吸附作用或加壓等方式，將混合后的溶液注入光子晶體光纖的包層空氣孔。在步驟S103中，通過光纖熔接機將光子晶體光纖與一單模光纖連接并封裝。本實用新型在步驟S102之后，還可以包括以下步驟將包層空氣孔注入有所述混合溶液的光子晶體光纖在真空爐中進行干燥，以蒸發掉其中的二氯代苯和聚合物材料，從而減小單模光纖的傳輸損耗和連接損耗。上述基于單壁碳納米管的被動鎖模器件可應用于光纖激光器，圖2示出了本實用新型第一實施例提供的光纖激光器的結構，其中的光子晶體光纖是纖芯沒有摻鉺離子的無源光纖。該光纖激光器包括輸出具有第一波長值的泵浦光的泵浦源11 ；將泵浦源11輸出的泵浦光轉換成超短脈沖激光的諧振腔12 ；以及將諧振腔12轉換得到的超短脈沖激光輸出的輸出端14。為了避免反射光對諧振腔的影響，本實用新型中，該光纖激光器還可以包括置于諧振腔12與輸出端14之間的第二光隔離單元13。其中的泵浦源11優選為半導
體激光二極管。諧振腔12為單向環形諧振腔，包括作為增益物質的摻鉺離子的單模光纖122，用于將泵浦源11輸出的具有第一波長值的泵浦光轉換成具有第二波長值的激光；光纖偏振控制單元123，用于調整諧振腔12中激光的偏振態；第一光隔離單元124，用于保證諧振腔 12中激光傳輸的單向性；第一基于單壁碳納米管的被動鎖模器件125，用于對其輸入的激光進行被動 鎖模，以得到超短脈沖激光，其結構如上所述，且其中的光子晶體光纖是纖芯沒有摻鉺離子的無源光纖；光纖耦合單元126，用于將第一基于單壁碳納米管的被動鎖模器件125鎖模得到的一部分超短脈沖激光輸出給第二光隔離單元13或輸出端14 ；置于第一基于單壁碳納米管的被動鎖模器件125鎖模得到的另一部分超短脈沖激光傳輸光路上的單模光纖127 ；以及光纖波分復用單元121，用于將泵浦源11輸出的具有第一波長值的泵浦光與經單模光纖I27的另一部分超短脈沖激光耦合入諧振腔12。其中，光纖波分復用單元 121、摻鉺離子的單模光纖122、光纖偏振控制單元123、第一光隔離單元124、第一基于單壁碳納米管的被動鎖模器件125、光纖耦合單元126、單模光纖127沿諧振腔12中激光傳輸的方向順次排列。圖3示出了本實用新型第二實施例提供的光纖激光器的結構。與本實用新型第一實施例不同，本實用新型第二實施例提供的光纖激光器的諧振腔12的構成不同，具體地， 本實用新型第二實施例中，諧振腔12不包括第一基于單壁碳納米管的被動鎖模器件125、 摻鉺離子的單模光纖122，而包括置于光纖波分復用單元121和光纖偏振控制單元123之間的第二基于單壁碳納米管的被動鎖模器件128，與第一基于單壁碳納米管的被動鎖模器件125不同，第二基于單壁碳納米管的被動鎖模器件128中的光子晶體光纖是纖芯摻有鉺離子的有源光纖，此時，第二基于單壁碳納米管的被動鎖模器件128對輸入的激光進行被動鎖模的同時，還作為增益物質，用于將所述泵浦源輸出的具有所述第一波長值的泵浦光轉換成具有第二波長值的激光。其余各部分的組成、功能及排列關系如上所述，在此不再贅述。優選地，本發明第一實施例和本發明第二實施例提供的光纖激光器中，第一波長值為980nm，第二波長值為1550nm ；第一基于單壁碳納米管的被動鎖模器件125或第二基于單壁碳納米管的被動鎖模器件128鎖模得到的一部分超短脈沖激光為10%的超短脈沖激光，作為輸出光通過第二光隔離單元13輸出；第一基于單壁碳納米管的被動鎖模器件125 或第二基于單壁碳納米管的被動鎖模器件128鎖模得到的另一部分超短脈沖激光為90% 的超短脈沖激光，輸入至單模光纖127以與泵浦源11輸出的具有第一波長值的泵浦光耦
I=I O由于本實用新型提供的基于單壁碳納米管的被動鎖模器件將單壁碳納米管應用于光子晶體光纖中，而光子晶體光纖的包層是由一系列空氣孔組成，對溫度不敏感，具有良好的溫度穩定性，可以增加單壁碳納米管和光纖纖芯傳導模的倏逝場在激光器諧振腔中的相互作用長度，而且避免了對單壁碳納米管產生熱損傷。同時由于光子晶體光纖的色散設計具有較大的靈活性，可以補償激光器諧振腔中其它元件引入的色散，實現靈活的諧振腔色散管理和優良的鎖模效果，從而保證了激光器的穩定性和輸出的超短脈沖的質量。以上所述僅為本實用新型的較佳實施例而已，并不用以限制本實用新型，凡在本實用新型的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均 應包含在本實用新型的保護范圍之內。
權利要求1.一種基于單壁碳納米管的被動鎖模器件，其特征在于，所述被動鎖模器件包括光子晶體光纖；所述光子晶體光纖的包層空氣孔中填充有單壁碳納米管。
2.一種光纖激光器，包括輸出具有第一波長值的泵浦光的泵浦源，諧振腔、第二光隔離單元和輸出端，所述諧振腔為單向環形諧振腔，其特征在于，所述諧振腔包括作為增益物質的摻鉺離子、將所述泵浦源輸出的具有所述第一波長值的泵浦光轉換成具有第二波長值的激光的單模光纖； 光纖偏振控制單元； 第一光隔離單元；對輸入的激光進行被動鎖模、以得到超短脈沖激光的第一基于單壁碳納米管的被動鎖模器件；將所述第一基于單壁碳納米管的被動鎖模器件鎖模得到的一部分所述超短脈沖激光輸出給所述第二光隔離單元的光纖耦合單元；置于所述第一基于單壁碳納米管的被動鎖模器件鎖模得到的另一部分所述超短脈沖激光傳輸光路上的單模光纖； 光纖波分復用單元；所述光纖波分復用單元、摻鉺離子的單模光纖、光纖偏振控制單元、第一光隔離單元、 第一基于單壁碳納米管的被動鎖模器件、光纖耦合單元和單模光纖沿所述諧振腔中激光傳輸的方向順次排列；所述第一基于單壁碳納米管的被動鎖模器件為如權利要求1所述的基于單壁碳納米管的被動鎖模器件，且所述光子晶體光纖是纖芯沒有摻鉺離子的無源光纖。
3.一種光纖激光器，包括輸出具有第一波長值的泵浦光的泵浦源、諧振腔、第二光隔離單元和輸出端，所述諧振腔為單向環形諧振腔，其特征在于，所述諧振腔包括對輸入的激光進行被動鎖模，以得到超短脈沖激光，同時將所述泵浦源輸出的具有所述第一波長值的泵浦光轉換成具有第二波長值的激光的第二基于單壁碳納米管的被動鎖模器件；光纖偏振控制單元； 第一光隔離單元；將所述第一光隔離單元得到的一部分所述超短脈沖激光輸出給所述第二光隔離單元的光纖耦合單元；置于所述第一光隔離單元得到的另一部分所述超短脈沖激光傳輸光路上的單模光纖；光纖波分復用單元；所述光纖波分復用單元、第二基于單壁碳納米管的被動鎖模器件、光纖偏振控制單元、 第一光隔離單元、光纖耦合單元和單模光纖沿所述諧振腔中激光傳輸的方向順次排列；所述第二基于單壁碳納米管的被動鎖模器件為如權利要求1所述的基于單壁碳納米管的被動鎖模器件，且所述光子晶體光纖是纖芯摻有鉺離子的有源光纖。
專利摘要本實用新型適用于光纖激光器設計技術領域，提供了一種基于單壁碳納米管的被動鎖模器件及光纖激光器。其中的被動鎖模器件包括光子晶體光纖；所述光子晶體光纖的包層空氣孔中填充有單壁碳納米管。由于本實用新型提供的基于單壁碳納米管的被動鎖模器件將單壁碳納米管應用于光子晶體光纖中，而光子晶體光纖的包層是由一系列空氣孔組成，對溫度不敏感，具有良好的溫度穩定性，可以增加單壁碳納米管和光纖纖芯傳導模的倏逝場在激光器諧振腔中的相互作用長度，而且避免了纖芯光場對單壁碳納米管產生熱損傷。同時由于光子晶體光纖的色散設計具有較大的靈活性，可以補償激光器諧振腔中其它元件引入的色散，從而保證了激光器的穩定性和輸出的超短脈沖的質量。
文檔編號H01S3/098GK202103310SQ20112017809
公開日2012年1月4日 申請日期2011年5月27日 優先權日2011年5月27日
發明者于永芹, 易凱, 杜晨林, 鄭家容, 閆培光, 阮雙琛 申請人:深圳大學