二維半導體可飽和吸收鏡及其制備方法、脈沖光纖激光器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及激光器技術(shù)領(lǐng)域，提供了一種二維半導體可飽和吸收鏡，包括光纖、附在所述光纖端面的二維半導體薄膜及附在所述二維半導體薄膜上的金膜。本發(fā)明還提供了所述二維半導體可飽和吸收鏡的制備方法，包括以下步驟：將光纖進行切割；將切割后的光纖及二維半導體靶材置于真空室中，將所述二維半導體等離子體沉積在光纖端面上，形成二維半導體薄膜，通過控制沉積時間及/或沉積溫度，使所述二維半導體薄膜達到所需厚度；在所得二維半導體薄膜上鍍金膜。本發(fā)明的這種新型二維半導體可飽和吸收鏡由光纖端面、二維半導體薄膜及金膜組成，具有高損傷閾值，而且結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉，可靠性高。
【專利說明】
二維半導體可飽和吸收鏡及其制備方法、脈沖光纖激光器
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于激光器技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種二維半導體可飽和吸收鏡及其制備方法以及一種脈沖光纖激光器。
【背景技術(shù)】
[0002]利用被動鎖模技術(shù)是光纖激光器實現(xiàn)超快脈沖輸出的一種有效途徑，而被動鎖模的關(guān)鍵技術(shù)是光纖激光器諧振腔中需要具備可飽和吸收效應。本領(lǐng)域研究人員已經(jīng)利用多種可飽和吸收效應在光纖激光器中獲得被動鎖模超快脈沖輸出。一般來說，為了克服光纖激光鎖模環(huán)境不穩(wěn)定的缺點，研究人員通常采用半導體可飽和吸收鏡(SESAM)來實現(xiàn)光纖激光器鎖模超快脈沖輸出。然而，由于商用SESAM價格昂貴、制作工藝復雜、可飽和吸收帶寬窄、一般僅支持皮秒級別的脈沖輸出，并且損傷閾值也較低，所以也不適用于全方位研究超快光纖激光器的動力學特性。因此，研制出成本低廉、工藝簡單、高性能的可飽和吸收體一直是超快激光物理領(lǐng)域追求的目標。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種二維半導體可飽和吸收鏡及其制備方法以及一種脈沖光纖激光器，以解決現(xiàn)有的商用SESAM價格昂貴、制作工藝復雜、可靠性低、工作帶寬窄的缺陷。
[0004]本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的，一種二維半導體可飽和吸收鏡，包括光纖、附在所述光纖端面的二維半導體薄膜、附在所述二維半導體薄膜上的金膜。
[0005]本發(fā)明還提供了一種所述的二維半導體可飽和吸收鏡的制備方法，包括以下步驟:
[0006]將光纖進行切割，形成光纖端面；
[0007]將切割后的光纖及二維半導體靶材置于真空室中，將二維半導體靶材表面電離化，產(chǎn)生二維半導體等離子體，所述二維半導體等離子體沉積在光纖端面上，形成二維半導體薄膜，通過控制沉積時間及/或沉積溫度，使所述二維半導體薄膜達到所需厚度；
[0008]在所得二維半導體薄膜上鍍金膜。
[0009]本發(fā)明還提供了一種脈沖光纖激光器，包括半導體栗浦激光器、光學耦合器、諧振腔;所述半導體栗浦激光器產(chǎn)生的栗浦光經(jīng)所述光學耦合器耦合進入所述諧振腔，所述諧振腔內(nèi)上述所述的二維半導體可飽和吸收鏡，所述二維半導體可飽和吸收鏡對進入所述諧振腔內(nèi)的信號光進行調(diào)制，產(chǎn)生脈沖激光。
[0010]有益效果:本發(fā)明提供的二維半導體可飽和吸收鏡由光纖端面、二維半導體薄膜及金膜組成，具有高損傷閾值，在使用時不易損壞;在制備時可以批量制備，且成本低廉，可推廣性強；同時因集成在光纖端面上，在使用過程中只需將該器件直接熔接到光纖激光系統(tǒng)中即可，使用方便且具有高可靠性高。這些特點使得采用這種二維半導體可飽和吸收鏡制備而成的脈沖光纖激光器，具有全光纖化、高可靠性的優(yōu)點。所述脈沖光纖激光器可以經(jīng)過脈沖放大裝置，適合應用于作為放大器的種子源，而且易于制備成產(chǎn)品，并進行成果轉(zhuǎn)化。
【附圖說明】
[0011]圖1是本發(fā)明實施例提供的二維半導體可飽和吸收鏡I的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0012]圖2是本發(fā)明實施例提供的二維半導體可飽和吸收鏡I的制備方法流程示意圖；
[0013]圖3是本發(fā)明實施例提供的脈沖光纖激光器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0014]圖4是本發(fā)明實施例提供的另一種具有自放大功能的脈沖光纖激光器的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0015]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。
[0016]如圖1所示，本發(fā)明提供了一種二維半導體可飽和吸收鏡10，包括光纖100、附在光纖端面的二維半導體薄膜101及附在二維半導體薄膜101上的高反射膜102。其中，光纖可采用單模光纖、保偏光纖、高增益有源光纖(如摻鉺光纖、摻鐿光纖、摻銩光纖、摻鈥光纖、摻鐠光纖、摻鉍光纖)、或有源ZBLAN光纖。
[0017]二維半導體薄膜丨O丨的材料可采用硫化銅、黑磷、砸化鎵、碲化鎵、硫化鎵、砸化鍺、
二碲化鎢、二碲化鉬、二硫化鉿、二砸化鉿、二砸化鈷、二碲化鈷、二砸化錸、二碲化錸、二硫化錫、二砸化錫、二硫化鈮、二砸化鈮、二硫化鈦、二砸化鈦、二硫化鉭、二砸化鉭、二硫化鋯、二碲化鋯、硫化鉍、砸化鉍、碲化鉍中的任意一種，或交替生長的任意兩種材料構(gòu)成的異質(zhì)結(jié)超晶格。
[0018]高反射膜102采用具有極高反射率的金膜，所述金膜的厚度不低于500nm，優(yōu)選500-1000nm。高反射膜102相當于一個高反射鏡，同時能防止二維半導體薄膜被空氣中的氧氣氧化以及水蒸氣侵蝕，因而起到保護作用。
[0019]這種二維半導體可飽和吸收鏡10的工作原理是，將其作為激光器的一個提供調(diào)制的高反射鏡。當諧振腔內(nèi)的激光被該二維半導體可飽和吸收鏡I反射時，激光可被二維半導體可飽和吸收鏡10調(diào)制，實現(xiàn)調(diào)Q或鎖模。這種二維半導體可飽和吸收鏡10具有高損傷閾值，對光進行寬帶調(diào)制的同時可作為光的反射鏡，可用于激光系統(tǒng)中脈沖激光產(chǎn)生的關(guān)鍵器件。
[0020]如圖2所示，本發(fā)明實施例還提供了一種二維半導體可飽和吸收鏡的制備方法，包括如下步驟:
[0021 ] S1:對光纖進行垂直切割，得到平整干凈的光纖端面；
[0022]S2:將切割后的光纖及二維半導體靶材置于真空室中，將二維半導體靶材表面電離化，以產(chǎn)生二維半導體等離子體，所述二維半導體等離子體沉積在光纖端面上，形成二維半導體薄膜;控制沉積時間及/或沉積溫度，使所述二維半導體薄膜達到所需厚度。
[0023]S3:在所得二維半導體薄膜上鍍金膜。
[0024]具體地，步驟SI中可通過光纖切割刀進行切割，切割時應注意確保光纖端面平整。
[0025]具體地，步驟S2中在所述光纖上鍍上二維半導體薄膜的過程具體為:將切割后的光纖和二維半導體靶材置于真空室中的交流靶位中。將光纖及二維半導體靶材置于真空室中時應注意保持光纖端面與二維半導體靶材對準，以確保后續(xù)步驟中電離的二維半導體等離子體能夠良好地沉積在光纖端面上。將二維半導體靶材表面電離化以產(chǎn)生二維半導體等離子體，并將二維半導體等離子體沉積在光纖端面上，形成過二維半導體薄膜。
[0026]具體地，步驟S3中在所得二維半導體薄膜上鍍金膜時，將金靶材放置于真空室的直流靶位中。
[0027]具體實施時，在步驟S2中可采用磁控濺射法或脈沖射頻沉積法將二維半導體靶材表面電離后形成等離子體，并使等離子體沉積到光纖端面上，形成二維半導體薄膜。在沉積過程中，通過控制沉積時間或沉積溫度等參數(shù)都能控制沉積的二維半導體薄膜厚度;也可選擇任意兩種材料交替生長，構(gòu)成異質(zhì)結(jié)超晶格。
[0028]本發(fā)明提供的二維半導體可飽和吸收鏡的制備方法，利用磁控濺射法或脈沖射頻沉積法，制備過程簡單，可大批量生產(chǎn)。同時在沉積過程中，通過控制沉積的溫度、時間等可以控制沉積的二維半導體薄膜的厚度和均勻性，從而可大批量生產(chǎn)，并使制作的二維半導體可飽和吸收鏡規(guī)格一致;制備出的二維半導體可飽和吸收鏡帶寬可從可見光拓展到紅外光。所制備的二維半導體可飽和吸收鏡由光纖端面、二維半導體薄膜及金膜組成，具有高損傷閾值，而且在使用時不易損壞;在制備時可以批量制備，且成本低廉，可推廣性強；同時因集成在光纖端面上，在使用過程中只需將該器件直接熔接到光纖激光系統(tǒng)中即可，因此使用方便且具有高可靠性高。這些特點使得采用這種二維半導體可飽和吸收鏡制備而成的脈沖光纖激光器，具有全光纖化、高可靠性的優(yōu)點，所研制的脈沖光纖激光器可以經(jīng)過脈沖放大裝置，適合應用于作為放大器的種子源。易于制備成產(chǎn)品，并進行成果轉(zhuǎn)化。
[0029]如圖3所示，本發(fā)明實施例提供了一種脈沖光纖激光器，為線性腔結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)包括半導體栗浦激光器1、光學耦合組件2、諧振腔。其中，諧振腔包括高增益有源光纖3、光纖光柵4、由上述方法制備的二維半導體可飽和吸收鏡5以及光隔離器6。其中光學耦合組件2可采用波分復用器。
[0030]這種脈沖光纖激光器的原理是，半導體栗浦激光器I產(chǎn)生的栗浦光經(jīng)光學耦合組件2耦合進入諧振腔，并為有源光纖3提供增益，經(jīng)過諧振腔的振蕩進而產(chǎn)生激光。二維半導體可飽和吸收鏡5對激光調(diào)制，進而產(chǎn)生激光脈沖。具體地，可飽和吸收鏡5可通過二維半導體薄膜101或102給諧振腔提供可飽和吸收調(diào)制，實現(xiàn)脈沖激光的自啟動。脈沖激光經(jīng)光學親合器2和光隔離器6輸出。
[0031]具體地，光纖光柵5可為布拉格光纖光柵、或啁啾光纖光柵，所述光纖光柵對栗浦光具有高透過率，但對激光具有一定反射率，所述反射率的取值范圍為10-99%。所述光纖光柵相當于一個光纖型的反射鏡，能夠?qū)馓峁┓答仯饫w光柵與可飽和吸收鏡構(gòu)成了激光器的諧振腔。有源光纖是激光器的增益介質(zhì)。
[0032]如圖4所示，本發(fā)明還提供了另一種具有自放大功能的脈沖光纖激光器，包括:半導體栗浦激光器1、光學耦合組件2、諧振腔、放大器7。該諧振腔為線性腔結(jié)構(gòu)，包括高增益有源光纖3、如上所述的二維半導體可飽和吸收鏡4、光纖光柵5。所述放大器7的組件為高增益有源光纖。具體地，光纖光柵5可為布拉格光纖光柵、或啁啾光纖光柵，所述光纖光柵對栗浦光具有高透過率，但對激光具有一定反射率(取值范圍為10 %到99% )，光纖光柵5直接寫制在高增益有源光纖3上，其一側(cè)是作為諧振腔內(nèi)的高增益有源光纖3，另一側(cè)是放大器的高增益有源光纖7。光隔離器6能防止脈沖激光的反饋。
[0033]所述的脈沖光纖激光器具有全光纖化、高可靠性等優(yōu)點，既適于成果轉(zhuǎn)化，又具有廣泛的應用前景。
[0034]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種二維半導體可飽和吸收鏡，其特征在于，包括光纖、附在所述光纖端面的二維半導體薄膜及附在所述二維半導體薄膜上的金膜。2.如權(quán)利要求1所述的二維半導體可飽和吸收鏡，其特征在于，所述光纖為單模光纖、保偏光纖、高增益有源光纖或有源ZBLAN光纖。3.如權(quán)利要求1所述的二維半導體可飽和吸收鏡，其特征在于，所述二維半導體薄膜的材料為:硫化銅、砸化嫁、蹄化嫁、硫化嫁、砸化錯、一■蹄化媽、一■蹄化鑰、一■硫化給、一■砸化鉿、二砸化鈷、二碲化鈷、二砸化錸、二碲化錸、二硫化錫、二砸化錫、二硫化鈮、二砸化鈮、二中的硫化鈦、二砸化鈦、二硫化鉭、二砸化鉭、二硫化鋯、二碲化鋯、硫化鉍、砸化鉍、碲化鉍中的任意一種或兩種。4.如權(quán)利要求3所述的二維半導體可飽和吸收鏡，其特征在于，所述任意兩種材料構(gòu)成的二維半導體薄膜為兩種材料交替生長構(gòu)成的異質(zhì)結(jié)超晶格。5.如權(quán)利要求1所述的二維半導體可飽和吸收鏡，其特征在于，所述金膜的厚度為500-1OOOnm06.如權(quán)利要求1所述的二維半導體可飽和吸收鏡的制備方法，其特征在于，包括以下步驟: 將光纖進行切割； 將切割后的光纖及二維半導體靶材置于真空室中，將二維半導體靶材表面電離化以產(chǎn)生二維半導體等離子體，使得所述二維半導體等離子體沉積在光纖裸露出的端面上，形成二維半導體薄膜，通過控制沉積時間及/或沉積溫度，使所述二維半導體薄膜達到所需厚度； 在所得二維半導體薄膜上鍍金膜。7.—種脈沖光纖激光器，其特征在于，包括半導體栗浦激光器、光學耦合器、諧振腔;所述半導體栗浦激光器產(chǎn)生的栗浦光經(jīng)所述光學耦合器耦合進入所述諧振腔，所述諧振腔內(nèi)包括權(quán)利要求1?5中任意一項所述的二維半導體可飽和吸收鏡，所述二維半導體可飽和吸收鏡對進入所述諧振腔內(nèi)的信號光進行調(diào)制，產(chǎn)生脈沖激光。8.如權(quán)利要求7所述的脈沖光纖激光器，其特征在于，所述諧振腔內(nèi)還包括有源光纖、光纖光柵;所述栗浦光經(jīng)所述光學耦合器耦合進入所述諧振腔，為所述有源光纖提供增益，使所述諧振腔產(chǎn)生激光;所述激光經(jīng)所述二維半導體可飽和吸收鏡調(diào)制，在所述諧振腔內(nèi)諧振并產(chǎn)生脈沖激光。9.如權(quán)利要求8所述的脈沖光纖激光器，其特征在于，所述脈沖光纖激光器還包括放大器和光隔離器;所述產(chǎn)生的脈沖激光再進入放大器被放大，經(jīng)所述光學耦合器、光隔離器輸出激光脈沖。10.如權(quán)利要求8所述的脈沖光纖激光器，其特征在于，所述光纖光柵為布拉格光纖光柵或啁啾光纖光柵。
【文檔編號】H01S3/067GK105896258SQ201610429328
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年6月16日
【發(fā)明人】閆培光, 陳浩, 邢鳳飛, 丁金妃
【申請人】深圳大學