[发明专利]基于砷化镉薄膜的被动锁模光纤激光器

说明书

技术领域

本发明涉及属于激光技术及非线性光学领域。尤其是一种砷化镉薄膜被动锁模光纤激光器。

背景技术

脉冲激光在生物医疗、材料加工、激光雷达、通信等领域有着极其重要的应用。脉冲光纤激光在保持光纤激光器的稳定性、转换效率和光束质量等诸多优点的同时，比连续波光纤激光器拥有更高的激光峰值功率，使其应用范围更加广泛。目前实现脉冲激光的主要方法有调Q技术、锁模技术以及增益开关技术，其中锁模技术是实现高峰值超快脉冲的有效手段。

被动锁模技术是实现锁模激光器的有效方式之一，具有光学克尔效应的可饱和吸收体作为被动锁模技术的关键部分受到越来越多的关注，现如今被动可饱和吸收体主要有应用半导体可饱和吸收镜(SESAM)、碳纳米管(SWNT)、石墨烯、二硫化钼等器件或材料的技术。然而SESAM具有制作工艺复杂、生产成本较高、可饱和吸收光谱范围相对较窄等劣势，且不能工作在中红外长波长光谱区域。虽然SWNT与SESAM相比具有制作成本低廉、可饱和吸收光谱范围宽等优势，但是制作SWNT可饱和吸收体时其直径的不可控性会导致光学参数无法精确控制并引入额外的插入损耗；石墨烯作为可饱和吸收体是新兴的被动锁模技术，其本身存在调制深度低，可饱和吸收效应不明显等问题；二硫化钼也可作为可饱和吸收体，但是其可饱和吸收效应有很大一部分来自缺陷态的贡献，所以重复性、稳定性成为制约其发展的关键因素。

砷化镉材料作为可饱和吸收体用于激光器锁模具有可饱和吸收光谱范围宽、重复性好、波形稳定等优势，同时由于其为薄膜材料，在制备可靠性方面优于低维材料(如碳纳米管和石墨烯等)。目前可在实验上实现近红外到中红外波段稳定被动锁模，因此砷化镉作为新型可饱和吸收体材料具有很大的潜力，有望取代SESAM成为光纤激光器，尤其是长波长光纤激光器中性能最优异的被动锁模器件。

目前制备砷化镉薄膜主要采用分子束外延、SiC衬底外延生长、化学气相沉积、脉冲激光沉积等方法。分子束外延、SiC衬底外延生长与化学气相沉积法和脉冲激光溅射法相比，生长出的砷化镉晶体具有更好的可重复性和更好的晶体结构。

发明内容

本发明目的是，提出了一种基于砷化镉薄膜的被动锁模光纤激光器，其利用砷化镉材料的非线性可饱和吸收特性实现近红外、中红外波段被动锁模脉冲输出。

为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案：一种基于砷化镉薄膜的被动锁模光纤激光器，采用环形腔结构，由波分复用器第二端、增益光纤、隔离器、光纤耦合器、偏振控制器、砷化镉可饱和吸收体、单模光纤、波分复用器第三端依次连接成环状，泵浦源通过波分复用器将泵浦光耦合注入稀土掺杂的增益光纤中；增益光纤的另一端连接隔离器；隔离器的另一端连接光纤耦合器输入端，光纤耦合器的第一输出端作为脉冲激光输出，第二输出端在环路连接偏振控制器的第一端；而偏振控制器另一端连接砷化镉薄膜可饱和吸收体的一端，砷化镉薄膜可饱和吸收体第二端和单模光纤第一端相连；单模光纤另一端则连接到波分复用器的第三端构成环形腔结构；设有泵浦源连接波分复用器的第一端即泵浦输入端；将泵浦光注入到稀土掺杂的增益光纤中；

其中偏振控制器、砷化镉薄膜可饱和吸收体和单模光纤的连接方式采用三明治结构，即用两个同型号光纤接头将砷化镉薄膜可饱和吸收体固定在中间；砷化镉薄膜可饱和吸收体是采用分子束外延生长的方法在超薄云母基底上制备砷化镉薄膜，由于云母衬底具有很好的透射率，利用砷化镉可饱和吸收特性可实现被动锁模。

一种基于砷化镉薄膜的被动锁模光纤激光器，采用环形腔结构，由波分复用器第二端、增益光纤、隔离器、光纤耦合器、准直-聚焦系统、砷化镉可饱和吸收体、全反射金镜、单模光纤、偏振控制器、波分复用器第三端依次连接成环状，泵浦源通过波分复用器将泵浦光耦合注入稀土掺杂的增益光纤中；增益光纤的另一端连接隔离器；隔离器的另一端连接光纤耦合器输入端，光纤耦合器的第一输出端作为脉冲激光输出，第二输出端在环路激光耦合至准直-聚焦系统中，并将砷化镉薄膜可饱和吸收体置于聚焦后的光斑处；在光斑之后光路中的放置宽带全反射金镜形成反射式结构；再接入一段单模光纤；单模光纤的另一端连接偏振控制器，而偏振控制器的另一端则与波分复用器的第三端口相连构成环形谐振腔。所述的砷化镉薄膜可饱和吸收体可采用分子束外延法制备，在超薄的云母基底上制备砷化镉薄膜。泵浦源连接波分复用器的第一端即泵浦输入端；将泵浦光注入到稀土掺杂的增益光纤中；