一種基于倏逝波鎖模的可飽和吸收體器件的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于光學領域，涉及一種光纖鎖模激光器用的具有低非飽和損耗及高激光損傷閾值的可飽和吸收體器件的設計方法。
【背景技術】
[0002]超短脈沖激光振蕩器是超快激光研究領域的基礎。被動鎖模技術是常用的實現超短脈沖激光的技術，可飽和吸收體器件是其中的關鍵器件。近年來，可飽和吸收體發展迅速。一方面具有可飽和吸收體特性的新材料層出不窮，例如碳納米管、石墨烯、砸化鉍、硫化鉬等；另一方面制作吸收體的新的制作工藝不斷被提出，如聚合物法將吸收體材料與高分子聚合物復合制成薄膜，拉錐光纖倏逝波鎖模法將吸收體材料吸附在被拉細的光纖表面，D型光纖倏逝波鎖模法將吸收體材料吸附在側面拋光的光纖側面。然而聚合物法中，由于高分子聚合物在強激光作用下容易損傷，導致吸收體器件的損傷閾值比較低。拉錐光纖倏逝波鎖模法中，光纖一般被拉細到30 μ m以內，光纖極易斷裂，導致器件不耐用。D型光纖倏逝波鎖模法中，一般采用滴涂法或轉移法[1-3]在D型光纖表面上制作一層可飽和吸收體薄膜，這樣提高了器件的抗強激光損傷閾值。但是這些做法仍存在一些弊端:第一，滴涂的飽和吸收材料溶液多為混合物，帶來大量非飽和吸收，后者降低了器件的性能；第二，滴涂或轉移的吸收體薄膜直接與空氣和外界接觸，時間久了，容易出現損傷，導致器件失效；第三，D型光纖表面不是絕對的光滑，如采用轉移法，D型光纖與吸收體薄膜接觸不夠充分，將降低其可飽和吸收特性。第四，滴涂或轉移的吸收體薄膜與光纖的折射率差較大，容易造成光折射和散射，降低吸收體的效率。因此，設計出一種制作方法，研制出具有較低的非飽和損耗，即可抗強激光損傷又可避免在與外界接觸中導致失效的可飽和吸收體器件，成為寬帶吸收體鎖模光纖鎖模激光器實用化道路上的科研難題。
【發明內容】
[0003]為了解決現有的可飽和吸收體器件的制作方法會帶來大量非飽和吸收，并且無法避免在與外界接觸的技術問題，本發明提出了基于倏逝波鎖模的可飽和吸收體器件的制作方法，并闡述了將這種方法制作的可飽和吸收體器件用于光纖鎖模激光器的實施方式。
[0004]本發明的技術解決方案:
[0005]—種基于倏逝波鎖模的可飽和吸收體器件的制作方法，包括以下步驟:
[0006]1)將可飽和吸收體材料生長在襯底表面上，在襯底上形成可飽和吸收層，得到貼片;
[0007]2)將貼片粘貼在D型光纖表面，在貼片和D型光纖之間設置有折射率匹配膠，其中貼片附著可飽和吸收層的一側與D型光纖表面相對，所述折射率匹配膠的折射率與D型光纖內包層匹配。
[0008]步驟1)采用氣相化學沉積法、激光濺射法或裂解法在襯底上生長可飽和吸收體材料。
[0009]上述襯底材料為石英或云母；
[0010]在襯底上生長的可飽和吸收體材料種類為碳納米管、石墨烯、拓撲絕緣體、MoS2SWS2。
[0011]可飽和吸收體材料的層數為1-20層，厚度小于lOOnm。
[0012]折射率匹配膠的折射率為1.4-1.5之間。
[0013]上述云母為氟晶云母，其化學式為54，云母的厚度為 20 ?100 μπι。
[0014]D型光纖選擇側面拋光法制作。
[0015]本發明的有益效果:
[0016]1、本發明基于D型光纖倏逝波鎖模技術，采用氣相沉積等技術，生長低雜質、低非飽和損耗及與襯底材料物理接觸緊密的吸收體材料，倒裝封裝在D型光纖區，從而提高了整體器件的壽命和鎖模激光器的長期穩定性。
[0017]2、本發明采用D型光纖的插入損耗比較小(〈10%)，透光性很好，且強激光下不易出現損傷。
【附圖說明】
[0018]圖1-3是本發明所提到D型光纖、石英基片和云母片的尺寸圖；
[0019]圖4是本發明所提到的氣相沉積法于石英基片表面生長石墨烯材料的流程示意圖；
[0020]圖5是本發明所提供的將帶有石英襯底的石墨烯薄膜轉移到D型光纖表面的示意圖；
[0021]圖6是本發明所制作的可飽和吸收體器件用于光纖鎖模激光器的裝置圖。
【具體實施方式】
[0022]采用氣相沉積、激光濺射等方法將碳納米管等可飽和吸收材料生長在云母或石英材料表面上。這些生長方式使得吸收體材料與襯底具有較好的物理接觸，同時具有相對于溶液法較低的雜志，因此降低了吸收體器件的非飽和損耗。將長有吸收體的襯底材料倒置(襯底在上，吸收體在下)粘貼在D型光纖表面，光纖表面與貼片之間有少量折射率匹配膠，通過這種方法進行固定，形成一個穩固的吸收體器件用于光纖激光器中實現鎖模運轉。云母選擇氟晶云母，其化學式為KMg3(AlSi301Q)F2，其折射率為1.54，云母片的厚度可選擇20?ΙΟΟμπι之間。石英片為商用純石英基片，其化學式為Si02。可飽和吸收體材料選擇碳納米管、石墨烯、拓撲絕緣體、WS2等。可飽和吸收體材料的層數為1-20層，厚度為小于lOOnm。D型光纖選擇側面拋光法制作。固定用折射率匹配膠其折射率為1.4-1.5之間。
[0023]參見圖1、圖2和圖3，D型光纖1平坦區域長度選擇5_30mm，纖芯上表面到D型區表面的距離選擇2-5 μ m。純石英片2尺寸選擇厚度0.13-0.17mm，大小調節范圍比較大，一般也選擇6mmx6mm ;云母片3尺寸選擇厚度20-100 μπι,大小調節范圍比較大，一般選擇6mmx6mm比較合適；D型光纖1、石英片2和云母片3預先都要做清潔處理，第一步浸沒在丙酮中超聲30分鐘，取出用去離子水沖洗；第二步浸沒在去離子水中超聲30分鐘，取出用氮氣腔將其表面液體吹干。
[0024]參見圖4，固定該可飽和吸收體材料于云母片或石英片上的方法為有氣相沉積法、激光濺射法和裂解法，以氣相沉積法于石英片上生長石墨烯為實施例:第一步在雙溫區電阻爐4中，將低溫室溫度控制在800°C，高溫室控制在1100°C，將石英片2放置在低溫區中；第二步用真空栗5抽出爐內空氣至真空度1x10 6Torr后關閉真空栗5 ;第三步將CH46與H27的混合氣體從雙溫區電阻爐4的高溫區進口處通入電阻爐內，高溫區對氣體加熱，為CH46分解提供足夠的能量，H27速度穩定在lOOsccm，CH46的速度控制在20-300sccm之間，通過調節CH46的通入速度可控制生長石墨稀8的層數，石墨稀的生長一般需要60min ;第四步石墨烯8生長完畢后，停止CH46氣體的通入，保持H27的通入速度，將已生長有石墨烯薄膜的石英片樣品9以100°C /min的速度冷卻至常溫，最后將樣品分割成合適大小的樣品條10，其長度要小于D型光纖平坦區的長度，寬度約為3mm。
[0025]參見圖5，在顯微鏡下固定好D型光纖1，并使其平坦面朝上，用注射器將折射率匹配膠11涂在處理好的D型光纖表面，將樣品條10生長了石墨烯的那一面貼在D型光纖表面，再用重物12按壓30min，待樣品條與D型光纖充分接觸后用紫外燈13照射D型光纖表面2min，待折射率匹配膠11完全固化后可撤去重物12和紫外燈13，基于D型光纖并附件材料襯底的可飽和吸收體器件14制作完成。
[0026]參見圖6，將上述制作的可飽和吸收體器件14接入光纖激光器諧振腔中，用于脈沖鎖模的實施例包括:一個可飽和吸收體器件14用于窄化脈沖；一個偏振控制器15用于調節諧振腔內光的偏正方向；一段增益光纖16用于將栗浦光轉換成信號光放大脈沖能量；一臺栗浦17用于提供栗浦光；一個波分復用器18用于將栗浦光耦合進入增益光纖16 ; —個帶通濾波器19用于窄化光譜、耦合分束器20用于將一部分從諧振腔中分離出來；一個隔離器21用于保證光在諧振腔中單向運轉。
【主權項】
1.一種基于倏逝波鎖模的可飽和吸收體器件的制作方法，包括以下步驟: 1)將可飽和吸收體材料生長在襯底表面上，在襯底上形成可飽和吸收層，得到貼片； 2)將貼片粘貼在D型光纖表面，在貼片和D型光纖之間設置有折射率匹配膠，其中貼片附著可飽和吸收層的一側與D型光纖表面相對，所述折射率匹配膠的折射率與D型光纖內包層匹配。2.根據權利要求1所述的基于倏逝波鎖模的可飽和吸收體器件的制作方法，其特征在于:步驟1)采用氣相化學沉積法、激光濺射法或裂解法在襯底上生長可飽和吸收體材料。3.根據權利要求1或2所述的基于倏逝波鎖模的可飽和吸收體器件的制作方法，其特征在于:所述襯底材料為石英或云母。4.根據權利要求3所述的基于倏逝波鎖模的可飽和吸收體器件的制作方法，其特征在于:在襯底上生長的可飽和吸收體材料種類為碳納米管、石墨烯、拓撲絕緣體、MoS2SWS2。5.根據權利要求4所述的基于倏逝波鎖模的可飽和吸收體器件的制作方法，其特征在于:可飽和吸收體材料的層數為1-20層，厚度小于lOOnm。6.根據權利要求5所述的基于倏逝波鎖模的可飽和吸收體器件的制作方法，其特征在于:折射率匹配膠的折射率為1.4-1.5之間。7.根據權利要求3所述的基于倏逝波鎖模的可飽和吸收體器件的制作方法，其特征在于:所述云母為氟晶云母，其化學式為KMg3(AlSi301(])F2，其折射率為1.54，云母的厚度為20 ?100 μ mD8.根據權利要求6所述的基于倏逝波鎖模的可飽和吸收體器件的制作方法，其特征在于:D型光纖選擇側面拋光法制作。
【專利摘要】本發明涉及一種基于倏逝波鎖模的可飽和吸收體器件的制作方法，包括以下步驟：1)將可飽和吸收體材料生長在襯底表面上，在襯底上形成可飽和吸收層，得到貼片；2)將貼片粘貼在D型光纖表面，在貼片和D型光纖之間設置有折射率匹配膠，其中貼片附著可飽和吸收層的一側與D型光纖表面相對，所述折射率匹配膠的折射率與D型光纖內包層匹配。解決了現有的可飽和吸收體器件的制作方法會帶來大量非飽和吸收，并且無法避免在與外界接觸的技術問題，本發明基于D型光纖倏逝波鎖模技術，采用氣相沉積等技術，生長低雜質、低非飽和損耗及與襯底材料物理接觸緊密的吸收體材料，倒裝封裝在D型光纖區，從而提高了整體器件的壽命和鎖模激光器的長期穩定性。
【IPC分類】H01S3/067, H01S3/098
【公開號】CN105337153
【申請號】CN201510851800
【發明人】王勇剛, 段利娜, 李璐, 王茜
【申請人】中國科學院西安光學精密機械研究所
【公開日】2016年2月17日
【申請日】2015年11月27日