基于非線性光學材料二硫化鉬的被動調q光纖激光器的制造方法
【專利摘要】本發明涉及一種基于非線性光學材料二硫化鉬被動調Q光纖激光器，屬于激光技術及其非線性光學領域。該激光器包括泵浦源、波分復用器、摻雜光纖、二硫化鉬可飽和吸收體、單模光纖、環形器、隔離器、光纖光柵、光纖耦合器及透鏡。由于少數層二硫化鉬在中紅外波段具有非線性可飽和吸收特性，可實現高脈沖能量、納秒量級的脈沖激光輸出。此外，通過控制二硫化鉬材料的層數及缺陷，可得到不同的能量帶隙以滿足不同響應光譜范圍，進而實現二硫化鉬可飽和吸收體在不同激光波段的運轉。
【專利說明】
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種二硫化鑰被動調Q光纖激光器，屬于激光技術及其非線性光學領 域。 基于非線性光學材料二硫化鉬的被動調Q光纖激光器
【背景技術】
[0002] 類石墨烯二硫化鑰是由六方晶系的單層或多層二硫化鑰組成的具有"三明治夾 心"層狀結構的化合物。作為一類重要的二維層狀納米材料，二硫化鑰在催化、能量存儲、復 合材料、場效應晶體管、傳感器、光電器件等領域應用廣泛。與具有二維層狀結構的石墨烯 不同，二硫化鑰具有特殊的能帶結構。它的布里淵區的能帶是一個平面，面上的每一個點與 布里淵區中心的連線都構成一波數矢量，而且每一個波數矢量都有與之相對應的能級。相 比于石墨烯的零能帶隙，二硫化鑰存在1. 29?1. 90eV的能帶隙。其中二硫化鑰晶體的能 帶隙為Eg = 1. 29eV，電子躍遷方式為非堅直躍遷；當層數降低時，由于量子限域效應，能隙 不斷擴大，單層二硫化鑰的能帶隙達到了 1. 90eV，同時電子的躍遷方式變為堅直躍遷。由于 二硫化鑰存在可調控的能帶隙而在光電器件領域擁有更光明的前景。一般的化學、物理法 難以制備出具有層狀結構的二硫化鑰，采用脈沖激光濺射方法制備，層數均勻、穩定性高、 響應光譜范圍寬，有望成為新一代非線性光學可飽和吸收體可飽和吸收體。
【發明內容】
[0003] 本發明提出了一種基于非線性光學材料二硫化鑰的被動調Q光纖激光器，其利用 二硫化鑰的非線性可飽和吸收特性實現高脈沖能量、納秒量級脈沖激光輸出。
[0004] 為了實現上述目的，本發明采取了如下技術方案。
[0005] -種基于非線性光學材料二硫化鑰的被動調Q光纖激光器，其特征在于：采用線 形腔結構，泵浦源通過波分復用器的泵浦輸入端將泵浦光耦合注入稀土摻雜的增益光纖 中；摻雜光纖的另一端連接光纖耦合器，光纖耦合器的一端作為脈沖激光輸出端，另一端與 二硫化鑰可飽和吸收體連接。波分復用器的另一端連接高反射率（>99%)的光纖光柵，與 二硫化鑰可飽和吸收體共同構成激光器的線形諧振腔。二硫化鑰可飽和吸收體作為激光器 中的被動調Q器件，采用脈沖激光濺射法制備，沉積到寬帶高反射鏡上，采用反射式結構。
[0006] -種基于非線性光學材料二硫化鑰的被動調Q光纖激光器，其特征在于：采用線 形腔結構，泵浦源與波分復用器的泵浦輸入端連接，將泵浦光注入到稀土摻雜的增益光纖 中；增益光纖的另一端與二硫化鑰可飽和吸收體相連，對腔內激光進行調制，產生脈沖激 光；低反射率（30?90% )的光纖光柵的作為脈沖激光輸出端；波分復用器的另一端連接 高反射率（>99% )的光纖光柵，與低反射率光纖光柵構成諧振腔的腔鏡形成腔內激光振 蕩。所述的二硫化鑰可飽和吸收體是采用脈沖激光濺射法制備，將二硫化鑰材料附著于一 段拉錐處理后的光纖倏逝場側面，并耦合接入諧振腔內形成。
[0007] -種基于非線性光學材料二硫化鑰的被動調Q光纖激光器，其特征在于：采用環 形腔結構，泵浦源連接波分復用器的泵浦輸入端，將泵浦光注入到稀土摻雜的增益光纖中； 增益光纖后依次連接隔離器與光纖耦合器；光纖耦合器有兩個端口，一路直接作為激光輸 出端，另一端將光束耦合至準直一聚焦系統中，并將二硫化鑰可飽和吸收體置于聚焦后的 光斑處；為降低重頻，接入一段單模光纖；單模光纖的另一端與波分復用器的第三端口相 連構成環形諧振腔。所述的二硫化鑰可飽和吸收體采用脈沖激光濺射法制備，將二硫化鑰 材料均勻地沉積到二氧化硅襯底上，由于襯底具有一定的透射率，可采用透射式結構進行 被動調Q。
[0008] -種基于非線性光學材料二硫化鑰的被動調Q全光纖激光器，其特征在于：泵浦 源連接波分復用器的泵浦輸入端；波分復用器的公共端與稀土摻雜的增益光纖相連；增益 光纖的另一端口直接與沉積有二硫化鑰材料的寬帶全反射金鏡耦合；調Q脈沖激光從具有 一定透射率的光纖光柵輸出。
[0009] -種基于非線性光學材料二硫化鑰的被動調Q光纖激光器，其特征在于：采用環 形腔結構，泵浦源連接波分復用器的泵浦輸入端，將泵浦光注入到稀土摻雜的增益光纖中； 增益光纖后依次連接隔離器與光纖稱合器；光纖稱合器有兩個端口，一端直接作為激光輸 出端，另一端與光纖錐區內沉積有二硫化鑰的可飽和吸收體直接相連；后連接一段單模光 纖提高單脈沖能量，并與波分復用器的第三端口連接構成環形腔結構。
[0010] 一種基于非線性光學材料二硫化鑰的被動調Q光纖激光器，其特征在于：采用環 形腔結構，泵浦源連接波分復用器的泵浦輸入端，將泵浦光注入到稀土摻雜的增益光纖中； 增益光纖后連接光纖耦合器；光纖耦合器有兩個端口，一路直接作為激光輸出端，另一段與 單模光纖連接后接入環形器；環形器的二端口將激光耦合至準直一聚焦系統中，并將二硫 化鑰可飽和吸收體置于聚焦后的光斑處；為構成反射式調Q結構，在光路另一段放置寬帶 全反射金鏡；環形器的第三端口與波分復用器的第三端口相連構成環形腔結構。
[0011] 所述二硫化鑰可飽和吸收體采用脈沖激光濺射法制備，層數均勻，穩定性強，結構 靈活，可將二硫化鑰樣品直接沉積在全反射金鏡或介質反射鏡上，或將二硫化鑰樣品直接 沉積于光纖端面；或將材料沉積于側面拋光的光纖凹槽區或拉錐處理后的光纖錐區。
[0012] 所述增益光纖為摻雜稀土元素中的一種或多種的單模光纖或大芯徑多模光纖或 光子晶體光纖或微結構光纖。
[0013] 所述波分復用器、增益光纖、光纖耦合器、光纖光柵、隔離器、單模光纖、環形器為 保偏型或非保偏型。
[0014] 所述二硫化鑰被動調Q光纖激光器可直接使用或為光纖放大器提供穩定的種子 源。
[0015] 與現有技術相比，本發明具有如下有益效果。
[0016] 1、本發明采用二硫化鑰作為可飽和吸收體用于被動調Q光纖激光器，由于二硫化 鑰可飽和吸收的光譜范圍與其層數、缺陷等結構密切相關，可通過操控生產過程制備出不 同響應波長的可飽和吸收體。采用脈沖激光濺射法制備二硫化鑰可飽和吸收體，穩定性高、 材料較為均勻、恢復時間快，可實現高穩定性、高重復頻率、高脈沖能量的調Q激光脈沖輸 出。
[0017] 2、本發明采用二硫化鑰作為可飽和吸收體用于被動調Q光纖激光器，由于二硫化 鑰材料具有成本低廉、可飽和吸收光譜范圍寬、插入損耗小等優點，易于實現全光纖結構的 被動調Q光纖激光器，結構簡單，不需外加調制源。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0018] 圖1為實施例1二硫化鑰被動調Q光纖激光器的結構圖。
[0019] 圖2為實施例2二硫化鑰被動調Q光纖激光器的結構圖。
[0020] 圖3為實施例3二硫化鑰被動調Q光纖激光器的結構圖。
[0021] 圖4為實施例4二硫化鑰被動調Q光纖激光器的結構圖。
[0022] 圖5為實施例5二硫化鑰被動調Q光纖激光器的結構圖。
[0023] 圖6為實施例6二硫化鑰被動調Q光纖激光器的結構圖。
[0024] 圖中：1、泵浦源，2、波分復用器，3、增益光纖，4、光纖耦合器，5、二硫化鑰可飽和吸 收體，6、高反射率光纖光柵，7、低反射率光纖光柵，8、隔離器，9、準直一聚焦系統，10、單模 光纖，11、環形器，12、寬帶全反射鏡
【具體實施方式】
[0025] 以下結合附圖和實施例對本發明作進一步詳細說明。
[0026] 實施例1
[0027] -種基于非線性光學材料二硫化鑰的被動調Q全光纖激光器結構如圖1所示。中 心波長為974nm的泵浦源1通過980/1550的波分復用器2的泵浦輸入端將泵浦光耦合注 入3米長的增益光纖3中；增益光纖3的另一端連接20/80的光纖耦合器，其中20%端作 為脈沖激光輸出端，另一端與二硫化鑰可飽和吸收體連接；980/1550波分復用器2的另一 端連接反射率為99. 9%的光纖光柵6,其中心波長為1563nm，帶寬為1. 5nm，與二硫化鑰可 飽和吸收體共同構成激光器的線形諧振腔。二硫化鑰可飽和吸收體作為激光器中的被動調 Q器件，采用脈沖激光濺射法制備，沉積到寬帶高反射鏡上，采用反射式結構。
[0028] 所述泵浦源1為單模半導體激光器，所述增益光纖3是摻鉺光纖，所述光纖光柵6 是反射率為99. 9 %的光纖布拉格光柵。
[0029] 實施例2
[0030] 一種基于非線性光學材料二硫化鑰的被動調Q全光纖激光器結構如圖2所示。采 用線形腔結構，中心波長為974nm泵浦源1與980/1550的波分復用器2的泵浦輸入端連接， 將泵浦光注入到3米長的增益光纖3中；增益光纖3的另一端與二硫化鑰可飽和吸收體5 相連，對腔內激光進行調制，產生脈沖激光；反射率為70%的光纖光柵7的作為脈沖激光輸 出端；波分復用器2的另一端連接反射率為99. 9的光纖光柵6,與反射率為70%的光纖光 柵7構成諧振腔的腔鏡形成腔內激光振蕩。所述的二硫化鑰可飽和吸收體是采用脈沖激光 濺射法制備，將二硫化鑰材料附著于一段拉錐處理后的光纖倏逝場側面，并耦合接入諧振 腔內形成。
[0031] 上述的泵浦源1是單模半導體激光器，上述的增益光纖3是指的摻鉺光纖，上述的 光纖光柵6是指的反射率為99. 9%的光纖布拉格光柵，上述的光纖光柵7是指的反射率為 70 %的光纖布拉格光柵。
[0032] 實施例3
[0033] -種基于非線性光學材料二硫化鑰的被動調Q光纖激光器結構如圖3所示。采用 環形腔結構，中心波長為974nm的泵浦源1連接980/1550的波分復用器2的泵浦輸入端， 將泵浦光注入到3米長的增益光纖3中；增益光纖3后依次連接隔離器8與30/70光纖耦 合器4, 30%端直接作為激光輸出端，70%端將光束耦合至準直一聚焦系統9中，并將二硫 化鑰可飽和吸收體5置于聚焦后的光斑處；為降低重頻，接入一段20米長的單模光纖10 ; 單模光纖的另一端與波分復用器2的第三端口相連構成環形諧振腔。所述的二硫化鑰可飽 和吸收體采用脈沖激光濺射法制備，將二硫化鑰材料均勻地沉積到二氧化硅襯底上，由于 襯底具有一定的透射率，可采用透射式結構進行被動調Q。
[0034] 上述的泵浦源1是單模半導體激光器，上述的增益光纖3是指的摻鉺光纖。
[0035] 實施例4
[0036] -種基于非線性光學材料二硫化鑰的被動調Q全光纖激光器結構如圖4所不。中 心波長為974nm的泵浦源1連接980/1550的波分復用器2的泵浦輸入端；波分復用器2的 公共端與3米長的增益光纖3相連；增益光纖3的另一端口直接與沉積有二硫化鑰材料的 寬帶全反射金鏡5稱合；調Q脈沖激光從透射率為30%的光纖光柵7輸出。
[0037] 上述的泵浦源1是單模半導體激光器，上述的增益光纖3是指的摻鉺光纖，上述的 光纖光柵7是指的反射率為70%的光纖布拉格光柵。
[0038] 實施例5
[0039] -種基于非線性光學材料二硫化鑰的被動調Q光纖激光器結構如圖5所示。采用 環形腔結構，中心波長為974nm的泵浦源1連接980/1550的波分復用器2的泵浦輸入端， 將泵浦光注入到3米長的增益光纖3中；增益光纖3后依次連接隔離器8與20/80的光纖 奉禹合器4,其中20 %端直接作為激光輸出端，80 %端與光纖維區內沉積有_硫化鑰材料的 可飽和吸收體5直接相連；后連接一段長為20米的單模光纖10提高相應的單脈沖能量，并 與波分復用器2的第三端口連接構成環形腔結構。
[0040] 上述的泵浦源1是單模半導體激光器，上述的增益光纖3是指的摻鉺光纖。
[0041] 實施例6
[0042] 一種基于非線性光學材料二硫化鑰的被動調Q光纖激光器結構如圖6所示。采用 環形腔結構，中心波長為974nm的泵浦源1連接980/1550的波分復用器2的泵浦輸入端，將 泵浦光注入到3米長的增益光纖3中；增益光纖3后連接20/80的光纖耦合器4,其中20% 端直接作為激光輸出端，80%端與20米長的單模光纖10連接后接入環形器11 ;環形器11 的二端口將激光耦合至準直一聚焦系統9中，并將二硫化鑰可飽和吸收體5置于聚焦后的 光斑處；為構成反射式調Q結構，在光路另一段放置寬帶全反射金鏡12 ;環形器11的第三 端口與波分復用器2的第三端口相連構成環形腔結構。
[0043] 上述的泵浦源1是單模半導體激光器，上述的增益光纖3是指的摻鉺光纖，上述的 環形器11是指的三端口環形器。
【權利要求】
1. 一種基于非線性光學材料二硫化鑰的被動調Q光纖激光器，其特征在于：該激光器 采用線形腔結構，泵浦源（1)通過波分復用器（2)的泵浦輸入端將泵浦光耦合注入稀土摻 雜的增益光纖（3)中；增益光纖（3)的另一端連接光纖耦合器（4)，光纖耦合器（4)的一端 作為脈沖激光輸出端，另一端與二硫化鑰可飽和吸收體（5)連接；波分復用器（2)的另一端 連接高反射率的光纖光柵（6)，與二硫化鑰可飽和吸收體（5)共同構成激光器的線形諧振 腔；二硫化鑰可飽和吸收體（5)作為激光器中的被動調Q器件，采用脈沖激光濺射法制備， 沉積到寬帶全反射鏡上，采用反射式結構。
2. -種基于非線性光學材料二硫化鑰的被動調Q光纖激光器，其特征在于：采用線形 腔結構，泵浦源（1)與波分復用器（2)的泵浦輸入端連接，將泵浦光注入到稀土摻雜的增益 光纖⑶中；增益光纖⑶的另一端與二硫化鑰可飽和吸收體（5)相連，對腔內激光進行調 制，產生脈沖激光；低反射率的光纖光柵（7)的作為脈沖激光輸出端；波分復用器（2)的另 一端連接高反射率的光纖光柵（6)，與低反射率光纖光柵（7)構成諧振腔的腔鏡形成腔內 激光振蕩；所述的二硫化鑰可飽和吸收體是采用脈沖激光濺射法制備，將二硫化鑰材料附 著于一段拉錐處理后的光纖倏逝場側面，并耦合接入諧振腔內形成。
3. -種基于非線性光學材料二硫化鑰的被動調Q光纖激光器，其特征在于：采用環形 腔結構，泵浦源（1)連接波分復用器（2)的泵浦輸入端，將泵浦光注入到稀土摻雜的增益光 纖（3)中；增益光纖（3)后依次連接隔離器（8)與光纖耦合器（4);光纖耦合器（4)有兩個 端口，一路直接作為激光輸出端，另一端將光束耦合至準直一聚焦系統（9)中，并將二硫化 鑰可飽和吸收體（5)置于聚焦后的光斑處；為降低重頻，接入一段單模光纖（10);單模光 纖的另一端與波分復用器（2)的第三端口相連構成環形諧振腔。所述的二硫化鑰可飽和吸 收體采用脈沖激光濺射法制備，將二硫化鑰材料均勻地沉積到二氧化硅襯底上，由于襯底 具有一定的透射率，可采用透射式結構進行被動調Q。
4. 一種基于非線性光學材料二硫化鑰的被動調Q光纖激光器，其特征在于：泵浦源（1) 連接波分復用器（2)的泵浦輸入端；波分復用器（2)的公共端與稀土摻雜的增益光纖（3) 相連；增益光纖（3)的另一端口直接與沉積有二硫化鑰材料的寬帶全反射金鏡（5)耦合； 調Q脈沖激光從具有一定透射率的光纖光柵（7)輸出。
5. -種基于非線性光學材料二硫化鑰的被動調Q光纖激光器，其特征在于：采用環形 腔結構，泵浦源（1)連接波分復用器（2)的泵浦輸入端，將泵浦光注入到稀土摻雜的增益光 纖（3)中；增益光纖（3)后依次連接隔離器（8)與光纖耦合器（4);光纖耦合器（4)有兩個 端口，一端直接作為激光輸出端，另一端與光纖錐區內沉積有二硫化鑰的可飽和吸收體（5) 直接相連；后連接一段單模光纖（10)提高單脈沖能量，并與波分復用器（2)的第三端口連 接構成環形腔結構。
6. -種基于非線性光學材料二硫化鑰的被動調Q光纖激光器，其特征在于：采用環形 腔結構，泵浦源（1)連接波分復用器（2)的泵浦輸入端，將泵浦光注入到稀土摻雜的增益 光纖（3)中；增益光纖（3)后連接光纖耦合器（4);光纖耦合器（4)有兩個端口，一路直接 作為激光輸出端，另一段與單模光纖（10)連接后接入環形器（11);環形器（11)的二端口 將激光耦合至準直一聚焦系統（9)中，并將二硫化鑰可飽和吸收體（5)置于聚焦后的光斑 處；為構成反射式調Q結構，在光路另一段放置寬帶全反射金鏡（12);環形器（11)的第三 端口與波分復用器（2)的第三端口相連構成環形腔結構。
7. 根據權利要求1或權利要求2或權利要求3或權利要求4或權利要求5或權利要求 6所述的一種基于非線性光學材料二硫化鑰的被動調Q光纖激光器，其特征在于：所述的二 硫化鑰可飽和吸收體（5)采用脈沖激光濺射法制備，層數均勻，穩定性強，結構靈活，可將 二硫化鑰樣品直接沉積在全反射金鏡或介質反射鏡上，或將二硫化鑰樣品直接沉積于光纖 端面；或將其沉積于側面拋光的光纖凹槽區或拉錐處理后的光纖錐區。
8. 根據權利要求1或權利要求2或權利要求3或權利要求4或權利要求5或權利要求 6所述的一種基于非線性光學材料二硫化鑰的被動調Q光纖激光器，其特征在于：所述的增 益光纖（3)為摻雜稀土元素中的一種或多種的單模光纖或大芯徑多模光纖或光子晶體光 纖或微結構光纖。
9. 根據權利要求1或權利要求2或權利要求3或權利要求4或權利要求5或權利要求 6所述的一種基于非線性光學材料二硫化鑰的被動調Q光纖激光器，其特征在于：所述的波 分復用器（2)、增益光纖（3)、光纖耦合器（4)、光纖光柵（6)或光纖光柵（7)、隔離器（8)、單 模光纖（10)、環形器（11)為保偏型或非保偏型。
10. 根據權利要求1或權利要求2或權利要求3或權利要求4或權力要求5或權利要 求6所述的一種基于非線性光學材料二硫化鑰的被動調Q光纖激光器，其特征在于：所述的 二硫化鑰被動調Q光纖激光器可直接使用或為光纖放大器提供穩定的種子源。
【文檔編號】H01S3/115GK104064951SQ201410285835
【公開日】2014年9月24日 申請日期:2014年6月24日 優先權日:2014年6月24日
【發明者】王璞, 任軍, 張懷金, 于浩海, 王樹賢, 陳延學, 梅良模 申請人:北京工業大學, 山東大學