[發明專利]一種可飽和吸收體的制備方法及多模光纖激光器

有效

• 申請號: 202011329220.0
• 申請日: 2020-11-24
• 公開（公告）號: CN112563873B
• 公開（公告）日: 2022-04-26
• 發明（設計）人: 羅愛平;吳家文;羅智超;林旭斌;徐文成
• 申請（專利權）人: 華南師范大學
• 主分類號: H01S3/11
• 分類號: H01S3/11;H01S3/067
• 代理公司: 廣州容大知識產權代理事務所(普通合伙) 44326
• 代理人: 潘素云

本發明公開了一種可飽和吸收體的制備方法及多模光纖激光器。通過熔融拉錐法將普通多模光纖拉錐成微納光纖，然后再使用光學沉積法將石墨烯沉積到多模微納光纖表面上，從而制備成石墨烯包覆多模微納光纖可飽和吸收體；同時，提供了基于該可飽和吸收體的全光纖結構多模光纖激光器，實現了脈沖能量為311.0nJ的高能量調Q鎖模脈沖輸出；本發明的多模光纖激光器具有全光纖結構、輸出脈沖能量高和體積小等優點，而激光腔中使用的石墨烯包覆多模微納光纖則具有飽和功率高、調制深度高、制作簡單和成本低等優點。

技術領域

本發明涉及激光技術和非線性光學技術領域，具體涉及一種可飽和吸收體的制備方法及多模光纖激光器。

背景技術

高能量光纖激光器由于其在遙感、測距、醫療和激光加工等領域具有非常廣泛的應用而備受關注。調Q和鎖模是產生脈沖激光的兩種主要方法，而調Q鎖模則是處于兩者之間的中間狀態，其顯著的特點就是其脈沖序列是由鎖模脈沖序列被周期性調Q脈沖序列調制。與鎖模脈沖相比，調Q鎖模脈沖具有能量高和重頻可調的優點。目前大多數調Q鎖模脈沖都是由包含各類可飽和吸收體的被動調制技術產生。作為可飽和吸收體中的一種，石墨烯由于其獨特的電子結構，具有波長無關的超寬帶可飽和吸收效應、超快恢復時間等優點，從而被廣泛應用于被動調制技術中。此外，基于石墨烯優良的光學特性，石墨烯包覆單模微納光纖的可飽和吸收體已經被提出，這種可飽和吸收體具有較高損傷閾值等優點。但是，由于單模光纖的模場面積比較小，導致其能承受的非線性效應有限，進而導致單模光纖激光器的輸出脈沖能量也受到了限制。因此，多模光纖被建議用于激光器中以提升光纖激光器的輸出脈沖能量，理論上，多模光纖激光器的輸出脈沖能量可以比單模光纖激光器高3個量級以上[Nat.Phys.16,565(2020)]，但目前所獲得的脈沖能量幾乎都限制在三十納焦以下，如在先技術之一，利用空間光路的非線性偏振旋轉鎖模和色散管理技術獲得的時空鎖模脈沖能量為24納焦[https://arxiv.org/pdf/2005.06761]。而基于全光纖結構的普通多模光纖激光器獲得的脈沖能量則更低，如在先技術之二[https://arxiv.org/pdf/2010.11501]。多模光纖激光器的高能量脈沖直接輸出的先天優勢并未得到充分的體現，因此需要進一步提高多模光纖激光器的輸出脈沖能量，以拓展其應用領域。同時，如果采用全光纖結構的多模光纖激光器，能更好地兼容后續與光纖有關的應用，激光器的結構也更為簡單、緊湊。

發明內容

有鑒于此，為了解決當前單模光纖激光器和多模光纖激光器輸出脈沖能量低的問題，本發明提出一種可飽和吸收體的制備方法及多模光纖激光器，實現高能量脈沖激光輸出。

本發明通過以下技術手段解決上述問題：

一方面，本發明提供一種石墨烯包覆多模微納光纖可飽和吸收體，包括：多模微納光纖和通過光學沉積法沉積在其上面的石墨烯沉積層。

進一步地，所述多模微納光纖是由纖芯直徑為50微米或62.5微米的普通漸變折射率多模光纖通過熔融拉錐法拉錐至直徑為4-20微米而來的。

另一方面，本發明提供一種石墨烯包覆多模微納光纖可飽和吸收體的制備方法，包含如下步驟：

步驟一、將漸變折射率多模光纖剝去涂覆層后采用熔融拉錐法拉錐成多模微納光纖；

步驟二、將超聲作用后的石墨烯/二甲基甲酰胺分散液滴在所述多模微納光纖上，通過光學沉積法將石墨烯沉積到多模微納光纖表面，從而制備成可飽和吸收體。

進一步地，所述石墨烯/二甲基甲酰胺分散液的濃度為0.05-0.25mg/ml。

再一方面，本發明提供一種全光纖結構高能量調Q鎖模多模光纖激光器，包括：泵浦源和諧振腔，其中，諧振腔內包含所述石墨烯包覆多模微納光纖可飽和吸收體。