[發明專利]一種多波長光纖激光器及金納米粒子鎖模器件的制備方法

有效

• 申請號: 201910123259.8
• 申請日: 2019-02-18
• 公開（公告）號: CN109616861B
• 公開（公告）日: 2021-07-13
• 發明（設計）人: 王鵬飛;李施;尹鈺
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工程大學
• 主分類號: H01S3/067
• 分類號: H01S3/067;H01S3/11;H01S3/098
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

一種多波長光纖激光器及金納米粒子鎖模器件的制備方法，屬于激光器領域。本發明其結構為泵浦光源依次與波分復用器、諧振腔、偏振無關隔離器、金納米粒子鎖模器件、光纖耦合器連接，耦合器的另一端分別與波分復用器和輸出光光纖連接，所述金納米粒子鎖模器件包括第一光纖連接頭與第二光纖連接頭，第一光纖連接頭與第二光纖連接頭之間為金納米顆粒薄膜，所述諧振腔的增益介質為摻雜光纖和單模光纖。本發明的金納米粒子具有強大的非線性放大效應，對激光器結構的穩定性具有顯著的增益作用；在超長時間穩定性和光譜穩定性上性能優異，實現了多波長Q調制鎖模也具有高輸出功率的優點；并克服了傳統鎖模方式結構復雜而且穩定性較差的缺點。

技術領域

本發明屬于激光器領域，具體涉及一種多波長光纖激光器及金納米粒子鎖模器件的制備方法。

背景技術

多波長鎖模光纖激光器背景，光纖激光器的核心就是增益介質，通常使用摻雜稀元素的光纖，光纖激光器通過通過導入泵浦光進入增益光纖的纖芯形成高功率密度，形成粒子數反轉，當形成諧振腔時，就能形成激光。自從20世紀60年代第一臺光纖激光器問世以來，光纖激光器得到了長足的進步與發展，各種類型的光纖激光器也相繼問世。在1963年，光纖激光器和光線放大器的構思第一次被提出，隨后鎖模光纖激光器就很快得到了全世界廣大研究學者的關注。光纖激光器是由能夠產生光子的增益介質使光子得到反饋并在增益介質中進行諧振放大的光學諧振腔和激勵光躍遷的泵浦源三部分組成。激光輸出既可以是連續的，也可以使脈沖形式的，依賴于激光工作介質。對于連續光輸出，激光能級上的自發發射壽命必須長于激光下能級來獲得較高的粒子數反轉。通常當激光下能級的壽命超過上能級時，就會獲得脈沖輸出。光纖激光器有兩種激發狀態，一種是三能級激發，另一種是四能級激發。兩者還擦別在于較低能級所處的位置。在三能級系統下，激光下的能級即為基態，或者是極靠近基態的能級，而在四能級系統中，激光下能級和基態能級之間仍然存在一個躍遷，通常為無輻射躍遷。電子從基態提升到高于激光上能級的一個或者多個泵浦帶，電子一般通過非輻射躍遷到達激光上能級。泵浦帶上的電子造成電子書多余激光下能級，即形成粒子數反轉。電子以輻射光子的形式放出能量回到基態。這種自發發射的光子被光學諧振腔反饋回增益介質中誘發受激輻射，產生與誘發這一過程的光子性質完全相同的光子。當光子在諧振腔中所獲得的增益大于其在腔內的損耗時，就會產生激光輸出。

激光介質本身就是導波介質,藕合效率高；光纖芯很細,纖內易形成高功率密度；可方便地與目前的光纖傳輸系統高效連接。由于光纖具有很高的“表面積/體積”比,散熱效果好,因此這種光纖激光器具有很高的轉換效率,很低的激光闊值,能在不加強制冷卻的情況下連續工作。又由于光纖具有極好的柔繞性,激光器可以設計得相當小巧靈活,有利于在光纖通信和醫學上的應用；同時,可借助光纖方向禍合器構成各種柔性諧振腔,使激光器的結構更加緊湊、穩定.光纖還具有相當多的可調參數和選擇性,能獲得相當寬的調諧范圍和相當好的單色性和穩定性。這些特點決定了光纖激光器比半導體激光器和大型激光器擁有更多的優勢。從效果上看,光纖激光器是一種高效的波長轉換器,即由泵浦激光波長轉換為所摻稀土離子的激射波長。正因為光纖激光器的激射波長是由基質材料的稀土摻雜劑所決定,不受泵浦波長的控制,所以可以利用與稀土離子吸收光譜相對應的廉價短波長、高功率半導體激光器泵浦,獲得光纖通信低損耗窗口的1.3um和1.5um以及2一3um中紅外波長的激光輸出,泵浦效率很高。光纖激光器憑借其結構簡單、制造成本低廉、易小型化等諸多優勢在光通信、工業生產、生物醫學等領域具有越來越重要的應用與地位。而作為光纖激光器中的重要分支，多波長光纖激光器是長距離大容量通信的光纖系統理想光源。多波長光纖激光器在波分復用、光學檢測、光學傳感等諸多領域具有越發重要的地位與應用。

非線性在光纖激光器中得到了充分的利用，但是科研人員對于提高非線性的研究沒有停止，光纖中的線性與非線性效應是人們一直在研究的課題。在弱光作用下，光纖的各種參量是隨著光的強弱線性變化的，是一種線性效應。而在強光作用下，這些特征參量就會非線性變化，從而產生較強的非線性效應。光纖中最低階的非線性效應起源于三階極化率χ(3)，這是三次諧波、四波混頻以及非線性折射等現象產生的主要原因。