專(zhuān)利名稱(chēng)：一種基于單壁碳納米管的被動(dòng)鎖模器件及光纖激光器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于光纖激光器設(shè)計(jì)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于單壁碳納米管的被動(dòng)鎖模器件及光纖激光器。
背景技術(shù)：
激光鎖模是指產(chǎn)生超短脈沖激光的技術(shù)，包括主動(dòng)鎖模和被動(dòng)鎖模。其中的被動(dòng)鎖模是指利用被動(dòng)鎖模器件的非線性吸收特性來(lái)產(chǎn)生皮秒量級(jí)或飛秒量級(jí)的超短脈沖激光的技術(shù)。由于應(yīng)用被動(dòng)鎖模技術(shù)的被動(dòng)鎖模光纖激光器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊、穩(wěn)定性高、脈沖質(zhì)量高、效率高、成本低、容易維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)，因此被廣泛應(yīng)用于光纖通信、光信號(hào)處理與傳感、光譜度量學(xué)、三維光存儲(chǔ)、超連續(xù)譜光源、生物光子學(xué)、激光醫(yī)療等領(lǐng)域。傳統(tǒng)的被動(dòng)鎖模器件有非線性光纖環(huán)形鏡、非線性偏振旋轉(zhuǎn)控制開(kāi)關(guān)和半導(dǎo)體可飽和吸收鏡等，其中的半導(dǎo)體可飽和吸收鏡應(yīng)用較廣泛。然而，由于半導(dǎo)體可飽和吸收鏡的制備需要應(yīng)用到超凈間、金屬有機(jī)化合物氣相淀積、金屬有機(jī)氣相外延或分子束外延等專(zhuān)業(yè)、復(fù)雜的半導(dǎo)體器件生產(chǎn)設(shè)備，使得其制備成本較高。為此，現(xiàn)有技術(shù)提供了一種被動(dòng)鎖模器件。相對(duì)于傳統(tǒng)的半導(dǎo)體可飽和吸收鏡，單壁碳納米管的制備處理容易、成本低、且易于全封閉封裝。目前的被動(dòng)鎖模器件是通過(guò)單壁碳納米管(SWCNTs)在激光器諧振腔中直接與傳輸光場(chǎng)相互作用，利用其可飽和吸收特性實(shí)現(xiàn)對(duì)激光的被動(dòng)鎖模的。然而，由于激光器諧振腔中非常高的光功率密度會(huì)對(duì)單壁碳納米管產(chǎn)生熱損傷，因此，現(xiàn)有技術(shù)提供的該種被動(dòng)鎖模器件在產(chǎn)生高能量脈沖方面受到限制；此外，該種被動(dòng)鎖模器件還會(huì)在諧振腔中引入額外的插入損耗和有害的反射光，而且直接物理接觸也會(huì)對(duì)單壁碳納米管產(chǎn)生損傷，使激光器的穩(wěn)定性和輸出脈沖質(zhì)量得不到保障。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于提供一種基于單壁碳納米管的被動(dòng)鎖模器件，旨在使激光器能產(chǎn)生穩(wěn)定的高質(zhì)量和高功率的脈沖。本實(shí)用新型是這樣實(shí)現(xiàn)的，所述被動(dòng)鎖模器件包括光子晶體光纖；所述光子晶體光纖的包層空氣孔中填充有單壁碳納米管。本實(shí)用新型還提供了一種光纖激光器，包括輸出具有第一波長(zhǎng)值的泵浦光的泵浦源、諧振腔、第二光隔離單元和輸出端，所述諧振腔為單向環(huán)形諧振腔，所述諧振腔包括作為增益物質(zhì)的摻鉺離子、將所述泵浦源輸出的具有所述第一波長(zhǎng)值的泵浦光轉(zhuǎn)換成具有第二波長(zhǎng)值的激光的單模光纖；光纖偏振控制單元；第一光隔離單元；對(duì)輸入的激光進(jìn)行被動(dòng)鎖模、以得到超短脈沖激光的第一基于單壁碳納米管的被動(dòng)鎖模器件；[0012]將所述第一基于單壁碳納米管的被動(dòng)鎖模器件鎖模得到的一部分所述超短脈沖激光輸出給所述第二光隔離單元的光纖耦合單元；置于所述第一基于單壁碳納米管的被動(dòng)鎖模器件鎖模得到的另一部分所述超短脈沖激光傳輸給光路上的單模光纖；光纖波分復(fù)用單元；
所述光纖波分復(fù)用單元、摻鉺離子的單模光纖、光纖偏振控制單元、第一光隔離單元、第一基于單壁碳納米管的被動(dòng)鎖模器件、光纖耦合單元和單模光纖沿所述諧振腔中激光傳輸?shù)姆较蝽槾闻帕?；所述第一基于單壁碳納米管的被動(dòng)鎖模器件為如權(quán)利要求1所述的基于單壁碳納米管的被動(dòng)鎖模器件，且所述光子晶體光纖是纖芯沒(méi)有摻鉺離子的無(wú)源光纖。本實(shí)用新型還提供了一種光纖激光器，包括輸出具有第一波長(zhǎng)值的泵浦光的泵浦源、諧振腔、第二光隔離單元和輸出端，所述諧振腔為單向環(huán)形諧振腔，所述諧振腔包括對(duì)輸入的激光進(jìn)行被動(dòng)鎖模，以得到超短脈沖激光，同時(shí)將所述泵浦源輸出的具有所述第一波長(zhǎng)值的泵浦光轉(zhuǎn)換成具有第二波長(zhǎng)值的激光的第二基于單壁碳納米管的被動(dòng)鎖模器件；光纖偏振控制單元；第一光隔離單元；將所述第一光隔離單元得到的一部分所述超短脈沖激光輸出給所述第二光隔離單元的光纖耦合單元；置于所述第一光隔離單元得到的另一部分所述超短脈沖激光傳輸給光路上的單模光纖；光纖波分復(fù)用單元；所述光纖波分復(fù)用單元、第二被動(dòng)鎖模器件、光纖偏振控制單元、第一光隔離單元、光纖耦合單元和單模光纖沿所述諧振腔中激光傳輸?shù)姆较蝽槾闻帕?；所述第二基于單壁碳納米管的被動(dòng)鎖模器件為如權(quán)利要求1所述的基于單壁碳納米管的被動(dòng)鎖模器件，且所述光子晶體光纖是纖芯摻有鉺離子的有源光纖。由于本實(shí)用新型提供的基于單壁碳納米管的被動(dòng)鎖模器件將單壁碳納米管應(yīng)用于光子晶體光纖中，而光子晶體光纖的包層是由一系列空氣孔組成，對(duì)溫度不敏感，具有良好的溫度穩(wěn)定性，可以增加單壁碳納米管和光纖纖芯傳導(dǎo)模的倏逝場(chǎng)在激光器諧振腔中的相互作用長(zhǎng)度，而且避免了對(duì)單壁碳納米管產(chǎn)生熱損傷。同時(shí)由于光子晶體光纖的色散設(shè)計(jì)具有較大的靈活性，可以補(bǔ)償激光器諧振腔中其它元件引入的色散，實(shí)現(xiàn)靈活的諧振腔色散管理和優(yōu)良的鎖模效果，從而保證了激光器的穩(wěn)定性和輸出的超短脈沖的質(zhì)量。

圖1是本實(shí)用新型提供的基于單壁碳納米管的被動(dòng)鎖模器件的制備方法流程圖；圖2是本實(shí)用新型第一實(shí)施例提供的光纖激光器的結(jié)構(gòu)圖；圖3是本實(shí)用新型第二實(shí)施例提供的光纖激光器的結(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施方式
[0030]為了使本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，
以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本實(shí)用新型，并不用于限定本實(shí)用新型。本實(shí)用新型提供的基于單壁碳納米管的被動(dòng)鎖模器件為保證激光器能產(chǎn)生穩(wěn)定的高質(zhì)量和高功率的脈沖，采用了將單壁碳納米管與光子晶體光纖(Photonic Crystal Fiber, P CF)相結(jié)合的技術(shù)。本實(shí)用新型提供的基于單壁碳納米管的被動(dòng)鎖模器件包括光子晶體光纖，該光子晶體光纖既可以是纖芯摻有鉺離子的有源光纖，也可以是纖芯沒(méi)有摻鉺離子的無(wú)源光纖；該光子晶體光纖包層空氣孔中填充有單壁碳納米管。該基于單壁碳納米管的被動(dòng)鎖模器件是通過(guò)單壁碳納米管與光纖纖芯傳導(dǎo)模的倏逝場(chǎng)相互作用而實(shí)現(xiàn)對(duì)經(jīng)過(guò)其中的激光的鎖模的。由于本實(shí)用新型提供的基于單壁碳納米管的被動(dòng)鎖模器件將單壁碳納米管應(yīng)用于光子晶體光纖中，而光子晶體光纖的包層是由一系列空氣孔組成，對(duì)溫度不敏感，具有良好的溫度穩(wěn)定性，可以增加單壁碳納米管和光纖纖芯傳導(dǎo)模的倏逝場(chǎng)在激光器諧振腔中的相互作用長(zhǎng)度，而且避免了對(duì)單壁碳納米管產(chǎn)生熱損傷。同時(shí)由于光子晶體光纖的色散設(shè)計(jì)具有較大的靈活性，可以補(bǔ)償激光器諧振腔中其它元件引入的色散，實(shí)現(xiàn)靈活的諧振腔色散管理和優(yōu)良的鎖模效果，從而保證了激光器的穩(wěn)定性和輸出的超短脈沖的質(zhì)量。本實(shí)用新型還提供了一種如上所述的基于單壁碳納米管的被動(dòng)鎖模器件的制備方法，如圖1示出了該制備方法的流程，包括以下步驟在步驟SlOl中，制備單壁碳納米管與聚合物材料的混合溶液，要求聚合物材料對(duì)激光波長(zhǎng)的折射率小于石英玻璃對(duì)激光波長(zhǎng)的折射率，例如可選用聚甲基丙烯酸甲酯 (Polymethyl Methacrylate, PMMA) 0該步驟具體可以包括以下步驟將單壁碳納米管粉體分散于二氯代苯溶液；將分散后的二氯代苯溶液與符合上述要求的聚合物材料的溶液混
I=I ο為了實(shí)現(xiàn)單壁碳納米管粉體在溶液中的均勻擴(kuò)散，防止單壁碳納米管粉體的團(tuán)簇，本實(shí)用新型在將分散后的二氯代苯溶液與聚甲基丙烯酸甲酯溶液混合的步驟之前還可以包括以下步驟對(duì)單壁碳納米管粉體施加超聲波。在步驟S102中，利用毛細(xì)作用或真空吸附作用或加壓等方式，將混合后的溶液注入光子晶體光纖的包層空氣孔。在步驟S103中，通過(guò)光纖熔接機(jī)將光子晶體光纖與一單模光纖連接并封裝。本實(shí)用新型在步驟S102之后，還可以包括以下步驟將包層空氣孔注入有所述混合溶液的光子晶體光纖在真空爐中進(jìn)行干燥，以蒸發(fā)掉其中的二氯代苯和聚合物材料，從而減小單模光纖的傳輸損耗和連接損耗。上述基于單壁碳納米管的被動(dòng)鎖模器件可應(yīng)用于光纖激光器，圖2示出了本實(shí)用新型第一實(shí)施例提供的光纖激光器的結(jié)構(gòu)，其中的光子晶體光纖是纖芯沒(méi)有摻鉺離子的無(wú)源光纖。該光纖激光器包括輸出具有第一波長(zhǎng)值的泵浦光的泵浦源11 ；將泵浦源11輸出的泵浦光轉(zhuǎn)換成超短脈沖激光的諧振腔12 ；以及將諧振腔12轉(zhuǎn)換得到的超短脈沖激光輸出的輸出端14。為了避免反射光對(duì)諧振腔的影響，本實(shí)用新型中，該光纖激光器還可以包括置于諧振腔12與輸出端14之間的第二光隔離單元13。其中的泵浦源11優(yōu)選為半導(dǎo)
體激光二極管。諧振腔12為單向環(huán)形諧振腔，包括作為增益物質(zhì)的摻鉺離子的單模光纖122，用于將泵浦源11輸出的具有第一波長(zhǎng)值的泵浦光轉(zhuǎn)換成具有第二波長(zhǎng)值的激光；光纖偏振控制單元123，用于調(diào)整諧振腔12中激光的偏振態(tài)；第一光隔離單元124，用于保證諧振腔 12中激光傳輸?shù)膯蜗蛐?；第一基于單壁碳納米管的被動(dòng)鎖模器件125，用于對(duì)其輸入的激光進(jìn)行被動(dòng) 鎖模，以得到超短脈沖激光，其結(jié)構(gòu)如上所述，且其中的光子晶體光纖是纖芯沒(méi)有摻鉺離子的無(wú)源光纖；光纖耦合單元126，用于將第一基于單壁碳納米管的被動(dòng)鎖模器件125鎖模得到的一部分超短脈沖激光輸出給第二光隔離單元13或輸出端14 ；置于第一基于單壁碳納米管的被動(dòng)鎖模器件125鎖模得到的另一部分超短脈沖激光傳輸光路上的單模光纖127 ；以及光纖波分復(fù)用單元121，用于將泵浦源11輸出的具有第一波長(zhǎng)值的泵浦光與經(jīng)單模光纖I27的另一部分超短脈沖激光耦合入諧振腔12。其中，光纖波分復(fù)用單元 121、摻鉺離子的單模光纖122、光纖偏振控制單元123、第一光隔離單元124、第一基于單壁碳納米管的被動(dòng)鎖模器件125、光纖耦合單元126、單模光纖127沿諧振腔12中激光傳輸?shù)姆较蝽槾闻帕?。圖3示出了本實(shí)用新型第二實(shí)施例提供的光纖激光器的結(jié)構(gòu)。與本實(shí)用新型第一實(shí)施例不同，本實(shí)用新型第二實(shí)施例提供的光纖激光器的諧振腔12的構(gòu)成不同，具體地， 本實(shí)用新型第二實(shí)施例中，諧振腔12不包括第一基于單壁碳納米管的被動(dòng)鎖模器件125、 摻鉺離子的單模光纖122，而包括置于光纖波分復(fù)用單元121和光纖偏振控制單元123之間的第二基于單壁碳納米管的被動(dòng)鎖模器件128，與第一基于單壁碳納米管的被動(dòng)鎖模器件125不同，第二基于單壁碳納米管的被動(dòng)鎖模器件128中的光子晶體光纖是纖芯摻有鉺離子的有源光纖，此時(shí)，第二基于單壁碳納米管的被動(dòng)鎖模器件128對(duì)輸入的激光進(jìn)行被動(dòng)鎖模的同時(shí)，還作為增益物質(zhì)，用于將所述泵浦源輸出的具有所述第一波長(zhǎng)值的泵浦光轉(zhuǎn)換成具有第二波長(zhǎng)值的激光。其余各部分的組成、功能及排列關(guān)系如上所述，在此不再贅述。優(yōu)選地，本發(fā)明第一實(shí)施例和本發(fā)明第二實(shí)施例提供的光纖激光器中，第一波長(zhǎng)值為980nm，第二波長(zhǎng)值為1550nm ；第一基于單壁碳納米管的被動(dòng)鎖模器件125或第二基于單壁碳納米管的被動(dòng)鎖模器件128鎖模得到的一部分超短脈沖激光為10%的超短脈沖激光，作為輸出光通過(guò)第二光隔離單元13輸出；第一基于單壁碳納米管的被動(dòng)鎖模器件125 或第二基于單壁碳納米管的被動(dòng)鎖模器件128鎖模得到的另一部分超短脈沖激光為90% 的超短脈沖激光，輸入至單模光纖127以與泵浦源11輸出的具有第一波長(zhǎng)值的泵浦光耦
I=I O由于本實(shí)用新型提供的基于單壁碳納米管的被動(dòng)鎖模器件將單壁碳納米管應(yīng)用于光子晶體光纖中，而光子晶體光纖的包層是由一系列空氣孔組成，對(duì)溫度不敏感，具有良好的溫度穩(wěn)定性，可以增加單壁碳納米管和光纖纖芯傳導(dǎo)模的倏逝場(chǎng)在激光器諧振腔中的相互作用長(zhǎng)度，而且避免了對(duì)單壁碳納米管產(chǎn)生熱損傷。同時(shí)由于光子晶體光纖的色散設(shè)計(jì)具有較大的靈活性，可以補(bǔ)償激光器諧振腔中其它元件引入的色散，實(shí)現(xiàn)靈活的諧振腔色散管理和優(yōu)良的鎖模效果，從而保證了激光器的穩(wěn)定性和輸出的超短脈沖的質(zhì)量。以上所述僅為本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本實(shí)用新型，凡在本實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均 應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種基于單壁碳納米管的被動(dòng)鎖模器件，其特征在于，所述被動(dòng)鎖模器件包括光子晶體光纖；所述光子晶體光纖的包層空氣孔中填充有單壁碳納米管。
2.一種光纖激光器，包括輸出具有第一波長(zhǎng)值的泵浦光的泵浦源，諧振腔、第二光隔離單元和輸出端，所述諧振腔為單向環(huán)形諧振腔，其特征在于，所述諧振腔包括作為增益物質(zhì)的摻鉺離子、將所述泵浦源輸出的具有所述第一波長(zhǎng)值的泵浦光轉(zhuǎn)換成具有第二波長(zhǎng)值的激光的單模光纖； 光纖偏振控制單元； 第一光隔離單元；對(duì)輸入的激光進(jìn)行被動(dòng)鎖模、以得到超短脈沖激光的第一基于單壁碳納米管的被動(dòng)鎖模器件；將所述第一基于單壁碳納米管的被動(dòng)鎖模器件鎖模得到的一部分所述超短脈沖激光輸出給所述第二光隔離單元的光纖耦合單元；置于所述第一基于單壁碳納米管的被動(dòng)鎖模器件鎖模得到的另一部分所述超短脈沖激光傳輸光路上的單模光纖； 光纖波分復(fù)用單元；所述光纖波分復(fù)用單元、摻鉺離子的單模光纖、光纖偏振控制單元、第一光隔離單元、 第一基于單壁碳納米管的被動(dòng)鎖模器件、光纖耦合單元和單模光纖沿所述諧振腔中激光傳輸?shù)姆较蝽槾闻帕校凰龅谝换趩伪谔技{米管的被動(dòng)鎖模器件為如權(quán)利要求1所述的基于單壁碳納米管的被動(dòng)鎖模器件，且所述光子晶體光纖是纖芯沒(méi)有摻鉺離子的無(wú)源光纖。
3.一種光纖激光器，包括輸出具有第一波長(zhǎng)值的泵浦光的泵浦源、諧振腔、第二光隔離單元和輸出端，所述諧振腔為單向環(huán)形諧振腔，其特征在于，所述諧振腔包括對(duì)輸入的激光進(jìn)行被動(dòng)鎖模，以得到超短脈沖激光，同時(shí)將所述泵浦源輸出的具有所述第一波長(zhǎng)值的泵浦光轉(zhuǎn)換成具有第二波長(zhǎng)值的激光的第二基于單壁碳納米管的被動(dòng)鎖模器件；光纖偏振控制單元； 第一光隔離單元；將所述第一光隔離單元得到的一部分所述超短脈沖激光輸出給所述第二光隔離單元的光纖耦合單元；置于所述第一光隔離單元得到的另一部分所述超短脈沖激光傳輸光路上的單模光纖；光纖波分復(fù)用單元；所述光纖波分復(fù)用單元、第二基于單壁碳納米管的被動(dòng)鎖模器件、光纖偏振控制單元、 第一光隔離單元、光纖耦合單元和單模光纖沿所述諧振腔中激光傳輸?shù)姆较蝽槾闻帕校凰龅诙趩伪谔技{米管的被動(dòng)鎖模器件為如權(quán)利要求1所述的基于單壁碳納米管的被動(dòng)鎖模器件，且所述光子晶體光纖是纖芯摻有鉺離子的有源光纖。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型適用于光纖激光器設(shè)計(jì)技術(shù)領(lǐng)域，提供了一種基于單壁碳納米管的被動(dòng)鎖模器件及光纖激光器。其中的被動(dòng)鎖模器件包括光子晶體光纖；所述光子晶體光纖的包層空氣孔中填充有單壁碳納米管。由于本實(shí)用新型提供的基于單壁碳納米管的被動(dòng)鎖模器件將單壁碳納米管應(yīng)用于光子晶體光纖中，而光子晶體光纖的包層是由一系列空氣孔組成，對(duì)溫度不敏感，具有良好的溫度穩(wěn)定性，可以增加單壁碳納米管和光纖纖芯傳導(dǎo)模的倏逝場(chǎng)在激光器諧振腔中的相互作用長(zhǎng)度，而且避免了纖芯光場(chǎng)對(duì)單壁碳納米管產(chǎn)生熱損傷。同時(shí)由于光子晶體光纖的色散設(shè)計(jì)具有較大的靈活性，可以補(bǔ)償激光器諧振腔中其它元件引入的色散，從而保證了激光器的穩(wěn)定性和輸出的超短脈沖的質(zhì)量。
文檔編號(hào)H01S3/098GK202103310SQ20112017809
公開(kāi)日2012年1月4日 申請(qǐng)日期2011年5月27日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月27日
發(fā)明者于永芹, 易凱, 杜晨林, 鄭家容, 閆培光, 阮雙琛 申請(qǐng)人:深圳大學(xué)