[发明专利]一种应用于光纤激光器上的可饱和吸收体装置

说明书

本发明公开了一种应用于光纤激光器上的可饱和吸收体装置。该可饱和吸收体装置包括：长周期光纤光栅、过渡金属硫化物薄膜以及涂覆层；所述长周期光纤光栅包括纤芯以及包裹在所述纤芯的外表面的包层；所述包层设有开口的凹槽，且所述凹槽的底部与所述纤芯存在距离阈值；所述过渡金属硫化物薄膜设于凹槽内部；所述涂覆层包裹在所述包层的外表面，所述涂覆层用于将所述过渡金属硫化物薄膜封装到所述长周期光纤光栅内。采用本发明所提供的可饱和吸收体装置能够简化光纤激光器，降低激光系统的复杂程度。

技术领域

本发明涉及光纤激光器领域，特别是涉及一种应用于光纤激光器上的可饱和吸收体装置。

背景技术

波长可调谐锁模光纤激光器由于在不同波长上产生超短脉冲，广泛应用于光传感、光学测量、微波光子学、光信号处理、太赫兹波产生和波分复用(wavelength-divisionmultiplexer，WDM)光传输系统等领域。可饱和吸收体(Saturable absorber，SA)在锁模激光以及调Q激光实现过程中具有极其重要作用。在各种可饱和吸收体中，半导体可饱和吸收镜(Semiconductor Saturable absorbermirror，SESAM)由于其具有大的调制深度和低的可饱和阈值，是应用最为广泛的一种可饱和吸收器件；但制作工艺过程复杂、工作带宽窄、恢复时间低以及块状结构等缺点影响了SESAM的发展和使用。

为了克服这些缺点，人们开始在碳基纳米材料探索具有可饱和吸收特性的器件，例如碳纳米管和石墨烯。现有技术中S.Y.Set首次利用单壁碳纳米管碳纳米管(single-walled carbon nanotubes，SWCNTs)作为SA，实现了锁模脉冲激光，尽管SWCNTs相比于传统的SA具有良好的可饱和吸收特性，但其存在工作带宽窄以及损伤阈值低等主要缺点；2009年，Bao等人首次提出了利用石墨烯作为可饱和吸收体的掺铒光纤锁模激光系统，相比于SWCNTs，基于石墨烯的SA具有工作带宽广(波长覆盖0.8μm-3μm)、温度稳定性高、非线性光学响应快，以及可饱和吸收谱宽等特点，但调制深度低(典型的少于1％每层)和零带隙是制约其发展的两个主要问题。因此，人们试图寻求其他纳米材料来克服石墨烯所存在的缺点。

近年来，受到石墨烯的激励，利用相关二维材料制备SA成为研究的热点，如拓扑绝缘体，过渡金属硫化物(Transitionmetal dichalcogenides，TMDs)、黑磷等。其中，TMDs(表达式为MX₂，M为过渡金属如钼，钨W等；X为VI主族元素如硫，硒，碲等)是一类具有类似分子结构和物理性质的层状二维晶体材料，具有能带隙与原子层数有关的独特性质，成为材料科学和光电子学等领域的研究热点。相比于石墨烯和拓扑绝缘体等零带隙材料，MX₂是具有禁带宽度的半导体材料，并且带隙宽度随着材料厚度发生变化。以二硫化钼(MoS₂)为例，块状二硫化钼是间接带隙半导体，带隙在0.86～1.29eV之间；而单层二硫化钼为直接带隙半导体，带隙为1.8eV。由于带隙随着材料厚度发生变化，使得单层、少层薄膜比块状材料具有更高的光致发光效率和非线性系数。深圳大学张晗教授首次报道了利用二硫化钼作为可饱和吸收体在掺镱光纤中实现锁模。从此以后，基于二硫化钼的掺镱(Yb)、掺铒(Er)和掺铥(Tm)激光器相继报道。M.Zhang等人利用二硫化钼实现了可调谐的ANDi掺Er锁模光纤激光器。最近，R.Khazaeizhad等人利用多层二硫化钼被覆于D-形光纤上实现反常和正常色散两个范围的锁模脉冲输出。西北大学毛东教授首次利用WS2作为可饱和吸收体，输出脉宽为1.32ps，重复频率为8.86MHz的掺Er光纤锁模脉冲输出，并实现了1.06um和1.55um的耗散孤子锁模。Guoyu等人首次利用WS2薄膜在掺Yb光纤中实现锁模。近年来，S.Sathiya等人首次报道了利用MoSe2在掺Yb光纤中实现耗散孤子锁模。C.T.Howe等人利用二硫化钼作为可饱和吸收体在掺Er光纤和掺Yb光纤中分别实现锁模以及调Q波长可调谐，可调谐范围分别为1535-1565nm和1030-1070nm。