[發明專利]基于砷化鎘薄膜的被動鎖模光纖激光器

在審

• 申請號: 201710008206.2
• 申請日: 2017-01-05
• 公開（公告）號: CN106785842A
• 公開（公告）日: 2017-05-31
• 發明（設計）人: 高延祥;姜喆
• 申請（專利權）人: 南京諾派激光技術有限公司
• 主分類號: H01S3/067
• 分類號: H01S3/067;H01S3/098
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙)32249
• 代理人: 陳建和

技術領域

本發明涉及屬于激光技術及非線性光學領域。尤其是一種砷化鎘薄膜被動鎖模光纖激光器。

背景技術

脈沖激光在生物醫療、材料加工、激光雷達、通信等領域有著極其重要的應用。脈沖光纖激光在保持光纖激光器的穩定性、轉換效率和光束質量等諸多優點的同時，比連續波光纖激光器擁有更高的激光峰值功率，使其應用范圍更加廣泛。目前實現脈沖激光的主要方法有調Q技術、鎖模技術以及增益開關技術，其中鎖模技術是實現高峰值超快脈沖的有效手段。

被動鎖模技術是實現鎖模激光器的有效方式之一，具有光學克爾效應的可飽和吸收體作為被動鎖模技術的關鍵部分受到越來越多的關注，現如今被動可飽和吸收體主要有應用半導體可飽和吸收鏡(SESAM)、碳納米管(SWNT)、石墨烯、二硫化鉬等器件或材料的技術。然而SESAM具有制作工藝復雜、生產成本較高、可飽和吸收光譜范圍相對較窄等劣勢，且不能工作在中紅外長波長光譜區域。雖然SWNT與SESAM相比具有制作成本低廉、可飽和吸收光譜范圍寬等優勢，但是制作SWNT可飽和吸收體時其直徑的不可控性會導致光學參數無法精確控制并引入額外的插入損耗；石墨烯作為可飽和吸收體是新興的被動鎖模技術，其本身存在調制深度低，可飽和吸收效應不明顯等問題；二硫化鉬也可作為可飽和吸收體，但是其可飽和吸收效應有很大一部分來自缺陷態的貢獻，所以重復性、穩定性成為制約其發展的關鍵因素。

砷化鎘材料作為可飽和吸收體用于激光器鎖模具有可飽和吸收光譜范圍寬、重復性好、波形穩定等優勢，同時由于其為薄膜材料，在制備可靠性方面優于低維材料(如碳納米管和石墨烯等)。目前可在實驗上實現近紅外到中紅外波段穩定被動鎖模，因此砷化鎘作為新型可飽和吸收體材料具有很大的潛力，有望取代SESAM成為光纖激光器，尤其是長波長光纖激光器中性能最優異的被動鎖模器件。

目前制備砷化鎘薄膜主要采用分子束外延、SiC襯底外延生長、化學氣相沉積、脈沖激光沉積等方法。分子束外延、SiC襯底外延生長與化學氣相沉積法和脈沖激光濺射法相比，生長出的砷化鎘晶體具有更好的可重復性和更好的晶體結構。

發明內容

本發明目的是，提出了一種基于砷化鎘薄膜的被動鎖模光纖激光器，其利用砷化鎘材料的非線性可飽和吸收特性實現近紅外、中紅外波段被動鎖模脈沖輸出。

為了實現上述目的，本發明采取了如下技術方案：一種基于砷化鎘薄膜的被動鎖模光纖激光器，采用環形腔結構，由波分復用器第二端、增益光纖、隔離器、光纖耦合器、偏振控制器、砷化鎘可飽和吸收體、單模光纖、波分復用器第三端依次連接成環狀，泵浦源通過波分復用器將泵浦光耦合注入稀土摻雜的增益光纖中；增益光纖的另一端連接隔離器；隔離器的另一端連接光纖耦合器輸入端，光纖耦合器的第一輸出端作為脈沖激光輸出，第二輸出端在環路連接偏振控制器的第一端；而偏振控制器另一端連接砷化鎘薄膜可飽和吸收體的一端，砷化鎘薄膜可飽和吸收體第二端和單模光纖第一端相連；單模光纖另一端則連接到波分復用器的第三端構成環形腔結構；設有泵浦源連接波分復用器的第一端即泵浦輸入端；將泵浦光注入到稀土摻雜的增益光纖中；

其中偏振控制器、砷化鎘薄膜可飽和吸收體和單模光纖的連接方式采用三明治結構，即用兩個同型號光纖接頭將砷化鎘薄膜可飽和吸收體固定在中間；砷化鎘薄膜可飽和吸收體是采用分子束外延生長的方法在超薄云母基底上制備砷化鎘薄膜，由于云母襯底具有很好的透射率，利用砷化鎘可飽和吸收特性可實現被動鎖模。

一種基于砷化鎘薄膜的被動鎖模光纖激光器，采用環形腔結構，由波分復用器第二端、增益光纖、隔離器、光纖耦合器、準直-聚焦系統、砷化鎘可飽和吸收體、全反射金鏡、單模光纖、偏振控制器、波分復用器第三端依次連接成環狀，泵浦源通過波分復用器將泵浦光耦合注入稀土摻雜的增益光纖中；增益光纖的另一端連接隔離器；隔離器的另一端連接光纖耦合器輸入端，光纖耦合器的第一輸出端作為脈沖激光輸出，第二輸出端在環路激光耦合至準直-聚焦系統中，并將砷化鎘薄膜可飽和吸收體置于聚焦后的光斑處；在光斑之后光路中的放置寬帶全反射金鏡形成反射式結構；再接入一段單模光纖；單模光纖的另一端連接偏振控制器，而偏振控制器的另一端則與波分復用器的第三端口相連構成環形諧振腔。所述的砷化鎘薄膜可飽和吸收體可采用分子束外延法制備，在超薄的云母基底上制備砷化鎘薄膜。泵浦源連接波分復用器的第一端即泵浦輸入端；將泵浦光注入到稀土摻雜的增益光纖中；