本發(fā)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(yī)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(wěn)定性、轉換效率和光束質(zhì)量等諸多優(yōu)點的同時，比連續(xù)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(xiàn)脈沖激光的主要方法有調(diào)Q技術、鎖模技術以及增益開關技術，其中鎖模技術是實現(xiàn)高峰值超快脈沖的有效手段。

被動鎖模技術是實現(xiàn)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(xiàn)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(chǎn)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(qū)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(yōu)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(shù)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(diào)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(tài)的貢獻，所以重復性、穩(wěn)定性成為制約其發(fā)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(wěn)定等優(yōu)勢，同時由于其為薄膜材料，在制備可靠性方面優(yōu)于低維材料(如碳納米管和石墨烯等)。目前可在實驗上實現(xiàn)近紅外到中紅外波段穩(wěn)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(yōu)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。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)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(xiàn)近紅外、中紅外波段被動鎖模脈沖輸出。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)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(huán)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(huán)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(huán)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(huán)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(xiàn)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(huán)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(tǒng)、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(huán)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(huán)路激光耦合至準直-聚焦系統(tǒng)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(huán)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；

一種基于砷化鎘薄膜的被動鎖模光纖激光器，采用環(huán)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、環(huán)形器，偏振控制器、單模光纖、波分復用器第三端依次連接成環(huán)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，光纖耦合器有兩個端口，一路直接作為激光輸出端，另一端連接環(huán)形器；環(huán)形器的第二端口將激光耦合至準直-聚焦系統(tǒng)中，并將砷化鎘薄膜可飽和吸收體置于聚焦后的光斑處；為了形成反射式結構，在光路中的另一端放置寬帶全反射金鏡；環(huán)形器的第三端口在環(huán)路依次與偏振控制器和單模光纖連接，單模光纖的另一端則與波分復用器的第三端口相連構成環(huán)形腔結構。

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；

一種基于砷化鎘薄膜的被動鎖模光纖激光器，采用線形腔結構，由高反射率的光纖光柵、波分復用器、增益光纖、光纖耦合器、砷化鎘可飽和吸收體依次連接；增益光纖的另一端連接光纖耦合器，光纖耦合器有兩個輸出端，一端作為激光器輸出端，另一端與砷化鎘薄膜可飽和吸收體相連；波分復用器的第三端連接高反射率的光纖光柵，與砷化鎘薄膜可飽和吸收體共同構成激光器的線性諧振腔；其中砷化鎘薄膜可飽和吸收體作為被動鎖模元件，采用脈沖光濺射法制備，沉積到寬帶全反射鏡上，采用反射式結構。泵浦源連接波分復用器的泵浦輸入端，將泵浦光注入到稀土摻雜的增益光纖中。高反射率的光纖光柵反射率99.9％。

一種基于砷化鎘拓薄膜的被動鎖模光纖激光器，采用線形腔結構，由環(huán)形鏡、波分復用器、增益光纖、砷化鎘可飽和吸收體依次連接；泵浦源連接波分復用器的泵浦輸入端，將泵浦光注入到稀土摻雜的增益光纖中，環(huán)形鏡、增益光纖的另一端與砷化鎘薄膜可飽和吸收體相連；波分復用器的第三端連接環(huán)形鏡的第一端，環(huán)形鏡的另一端作為激光輸出端；環(huán)形鏡由光纖耦合器兩個輸出端接到一起構成，與砷化鎘薄膜可飽和吸收體共同構成激光器的線性諧振腔；其中砷化鎘薄膜可飽和吸收體作為被動鎖模元件，采用脈沖光濺射法制備，沉積到寬帶全反射鏡上，采用反射式結構。

一種基于砷化鎘薄膜的被動鎖模光纖激光器，采用線形腔結構，由低反射率的光纖光柵、波分復用器、增益光纖、砷化鎘可飽和吸收體依次連接；泵浦源連接波分復用器的泵浦輸入端，將泵浦光注入到稀土摻雜的增益光纖中，增益光纖的另一端直接與砷化鎘薄膜可飽和吸收體相接觸；波分復用器的另一端連接低反色率光纖光柵作為激光輸出端。其中砷化鎘薄膜可飽和吸收體作為被動鎖模元件，采用脈沖光濺射法制備，沉積到寬帶全反射鏡上，采用反射式結構。

所述砷化鎘薄膜可飽和吸收體采用分子束法外延法制備，層數(shù)可控，穩(wěn)定性強，同時采用脈沖激光濺射法可將砷化鎘樣品直接沉積在全反射金鏡或介質(zhì)反射鏡上，或?qū)⑸榛k樣品直接沉積于光纖端面。

所述增益光纖為摻雜稀土元素中的一種或多種的單模光纖或大芯徑多模光纖或光子晶體光纖或微結構光纖。

所述波分復用器、增益光纖、光纖耦合器、光纖光柵、隔離器、偏振控制器、單模光纖、環(huán)形器為保偏型或非保偏型

與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有如下有益效果。本發(fā)明采用砷化鎘薄膜作為可飽和吸收體應用于被動鎖模激光器中，由于砷化鎘具有較寬的吸收帶寬，可在近紅外及中紅外波段實現(xiàn)鎖模,采用分子束外延生長的砷化鎘薄膜，具有穩(wěn)定性高、材料均勻、恢復時間快且損傷閾值高的特點，可實現(xiàn)高穩(wěn)定性、高重復頻率、高峰值功率的鎖模激光脈沖輸出。

附圖說明

圖1為實施例1砷化鎘被動鎖模光纖激光器的結構圖。

圖2為實施例2砷化鎘被動鎖模光纖激光器的結構圖。

圖3為實施例3砷化鎘被動鎖模光纖激光器的結構圖。

圖4為實施例4砷化鎘被動鎖模光纖激光器的結構圖。

圖5為實施例5砷化鎘被動鎖模光纖激光器的結構圖。

圖6為實施例6砷化鎘被動鎖模光纖激光器的結構圖。

圖中：1、泵浦源，2、波分復用器，3、增益光纖，4、隔離器，5、光纖耦合器，6、偏振控制器，7、砷化鎘可飽和吸收體，8、單模光纖，9、準直-聚焦系統(tǒng)，10、環(huán)形器，11、寬帶全反射金鏡，12、高反射率的光纖光柵，13、環(huán)形鏡，14、低反射率的光纖光柵。

具體實施方式

以下結合附圖和實施例對本發(fā)明做進一步詳細說明，但不僅限于以下幾種實施例，同時下述實例可以通過改變腔內(nèi)器件工作波長實現(xiàn)在1000nm、1550nm、2000nm、3000nm附近鎖模脈沖輸出。

實施例1

一種基于砷化鎘薄膜的被動鎖模光纖激光器結構如圖1所示。中心波長為1550nm泵浦源1通過1550nm/2000nm的波分復用器2將泵浦光耦合注入2.5m稀土摻雜的增益光纖3中；增益光纖3的另一端連接2μm偏振無關隔離器4；隔離器4的另一端連接到分束比為30：70的1X2結構的2μm光纖耦合器5，光纖耦合器5有兩個輸出端，30％端作為脈沖激光輸出端，70％端連接偏振控制器6；偏振控制器6連接砷化鎘可飽和吸收體7，并將砷化鎘可飽和吸收體7和普通單模光纖8相連；單模光纖8另一端連接1550nm/2000nm波分復用器的2000nm端；偏振控制器6、砷化鎘可飽和吸收體7和單模光纖8的連接方式采用三明治結構，即用兩個同型號FC/PC光纖接頭將砷化鎘薄膜可飽和吸收體7固定在中間；砷化鎘可飽和吸收體7作為被動鎖模器件，鎖模脈沖激光將從光纖耦合器5的30％的輸出端輸出。

實施例2

一種基于砷化鎘薄膜的被動鎖模光纖激光器結構如圖2所示。中心波長1550nm泵浦源1連接1550nm/2000nm波分復用器2的泵浦輸入端，將泵浦光注入到2.5m稀土摻雜的摻銩增益光纖3中；增益光纖(3)依次連接2μm偏振無關隔離器(4)和分束比為30：70的1X2結構的2μm光纖耦合器5；光纖耦合器5有兩個輸出端口，30％端作為脈沖激光輸出端，70％端將光束耦合至準直-聚焦系統(tǒng)9中，并將砷化鎘薄膜可飽和吸收體7置于聚焦后的光斑處；為調(diào)節(jié)腔內(nèi)色散，接入單模光纖8；單模光纖8的另一端連接偏振控制器6，而偏振控制器6的另一端則與1550nm/2000nm波分復用器2的2000nm端相連構成環(huán)形諧振腔。

實施例3

一種基于砷化鎘薄膜的被動鎖模光纖激光器結構如圖3所示。中心波長1550nm泵浦源1連接1550nm/2000nm波分復用器2的泵浦輸入端，將泵浦光注入到2.5m稀土摻雜的摻銩增益光纖3中；增益光纖3后依次連接2μm隔離器4與分束比為30：70的1X2結構的2μm光纖耦合器5，光纖耦合器5有兩個端口，30％端作為脈沖激光輸出端，70％端連接2μm環(huán)形器10的1號端口；環(huán)形器10的二號端口將激光耦合至準直-聚焦系統(tǒng)9中，并將砷化鎘薄膜可飽和吸收體7置于聚焦后的光斑處；為了形成反射式結構，在光路中的另一端放置寬帶全反射金鏡11；環(huán)形器10的3號端口依次與偏振控制器6和單模光纖8連接；單模光纖8的另一端則與1550nm/2000nm波分復用器2的2000nm端連接構成環(huán)形腔結構。

實施例4

一種基于砷化鎘薄膜的被動鎖模光纖激光器結構如圖4所示。中心波長1550nm泵浦源1連接1550nm/2000nm波分復用器2的泵浦輸入端，將泵浦光注入到2.5m稀土摻雜的摻銩增益光纖3中；增益光纖3的另一端連接分束比為30：70的1X2結構的2μm光纖耦合器5，光纖耦合器5有兩個端口，30％端作為脈沖激光輸出端，70％端與砷化鎘薄膜可飽和吸收體7相連；1550nm/2000nm波分復用器2的2000nm端連接高反射率的光纖光柵(R:99.9％@2μm)12，與砷化薄膜鎘可飽和吸收體7共同構成激光器的線性諧振腔；其中砷化鎘可飽和吸收體作為被動鎖模元件，采用脈沖光濺射法制備，沉積到寬帶全反射鏡上，采用反射式結構。

實施例5

一種基于砷化鎘薄膜的被動鎖模光纖激光器結構如圖5所示。中心波長1550nm泵浦源1連接1550nm/2000nm波分復用器2的泵浦輸入端，將泵浦光注入到2.5m稀土摻雜的摻銩增益光纖3中；增益光纖3的另一端與砷化鎘可飽和吸收體7相連；1550nm/2000nm波分復用器2的2000nm端連接環(huán)形鏡13的一個輸入端，環(huán)形鏡13的另一個輸入端作為激光輸出端；環(huán)形鏡13由分光比1:1的(2X2)2μm光纖耦合器兩個輸出端接到一起構成，與砷化鎘薄膜可飽和吸收體7共同構成激光器的線性諧振腔；其中砷化鎘薄膜可飽和吸收體作為被動鎖模元件，采用脈沖光濺射法制備，沉積到寬帶全反射鏡上，采用反射式結構。

實施例6

一種基于砷化鎘薄膜的被動鎖模光纖激光器結構如圖6所示。中心波長1550nm泵浦源1連接1550nm/2000nm波分復用器2的泵浦輸入端，將泵浦光注入到2.5m稀土摻雜的摻銩增益光纖3中；增益光纖3的另一端直接與砷化鎘薄膜可飽和吸收體7相接觸；1550nm/2000nm波分復用器2的2000nm端連接低反射率光纖光柵(R:60％@2μm，100％@1550nm)14作為激光輸出端。其中砷化鎘薄膜可飽和吸收體作為被動鎖模元件，采用脈沖光濺射法制備，沉積到寬帶全反射鏡上，采用反射式結構。