一种基于CVD-硒化铋可饱和吸收体的亮暗孤子锁模激光器的制作方法

一种基于cvd-硒化铋可饱和吸收体的亮暗孤子锁模激光器
技术领域
1.本发明涉及激光技术领域，具体为一种基于cvd-硒化铋可饱和吸收体的亮暗孤子锁模激光器。


背景技术：

2.锁模光纤激光器在光通信、光传感、材料加工、生物医学诊断和光谱学等领域得到了广泛应用。由于可饱和吸收体(sa)的光透过率具有随着激光腔中光强度的增加而增加的特性，通常被用来获得锁模操作。近年来，由于具有强烈的非线性光学特性、宽光谱吸收、超快响应时间和易于全光纤集成等特点，石墨烯和其他二维(2d)材料(例如拓扑绝缘体(tis)、过渡金属二硫属化物(tmds)、黑磷(bp)等)成为制备sa的首选。随着对锁模光纤激光器需求的不断增长，二维材料制成的高性能sa引起了越来越多的关注。
3.最近，一类被称为拓扑绝缘体(ti)的材料，例如硒化铋(bi2se3)、碲化铋(bi2te3)和碲化锑(sb2te3)已被证明是用于制造yb、er和tm掺杂锁模光纤激光器中sa的出色二维材料。其中，bi2se3以其低饱和强度、超快恢复时间、大调制深度和高损伤阈值等特性而突出。迄今为止，bi2se3可饱和吸收体多是由多元醇法和液相剥离(lpe)法制备，但这两种方法所得的bi2se3纳米片结晶质量不够优良，粒径小。为了解决这个问题，应引入合适的方法来制备bi2se3纳米片，以求在光纤激光器中获得高质量的脉冲输出。


技术实现要素：

4.针对现有技术的不足，本发明提供了一种基于cvd-硒化铋可饱和吸收体的亮暗孤子锁模激光器，解决了背景技术中提到的问题。
5.为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种基于cvd-硒化铋可饱和吸收体的亮暗孤子锁模激光器，包括泵浦源一、泵浦源二和光纤谐振腔，且光纤谐振腔由波分复用器一、掺铒光纤、波分复用器二、偏振控制器一、100m单模光纤、可饱和吸收体、偏振无关隔离器、偏振控制器二和输出耦合器依次首尾连接而成。
6.如上述的基于cvd-硒化铋可饱和吸收体的亮暗孤子锁模激光器，其中，
7.优选的是，所述泵浦源一、泵浦源二为半导体激光器，且泵浦源一、泵浦源二的中心波长分别为974nm和976nm。
8.优选的是，所述波分复用器一、波分复用器二的工作波长是980/1550nm、尾纤为普通单模光纤。
9.优选的是，所述掺铒光纤型号为er-80-8/125，长度为0.62m。
10.优选的是，所述偏振控制器采用三片线圈旋转式。
11.优选的是，所述输出耦合器采用了60:40的耦合比。
12.对于上述的基于cvd-硒化铋可饱和吸收体的亮暗孤子锁模激光器中可饱和吸收体的方法，优选的是，具体的步骤为：
13.步骤1：在超声波清洗机中通过丙酮、乙醇和去离子水的混合溶液清洗sio2衬底，
将衬底放置在管式炉内距离se粉末15cm的下游区域处。在sio2衬底上沉积一层se层作为种子层，以在se周围产生成核点，并迫使bi2se3片横向生长。设置升温速率为10℃/min，ar气流量为50sccm，在200℃的目标温度和2pa的基础压力下将se粉沉积20分钟；
14.步骤2：bi2se3粉末位于温度接近预设温度(550℃)的热中心区域附近。se/sio2衬底放置在下游区域(距离bi2se3粉末15cm)。石英管用ar气吹扫，然后原材料由气流量为50sccm的ar气携带，沉积在基板上。为了避免se/sio2基板中的se挥发并确保bi2se3片可以均匀地沉积，在升温过程中从炉子中取出包含原材料和衬底的石英管的一部分。以10℃/min的升温速率将温度升至550℃。将装有原材料和衬底的石英管部分移到炉子中央，同时将炉子加热到预设温度550℃。当温度稳定后，bi2se3片开始生长20分钟。最后，石英管在ar气中自然冷却到环境温度；
15.步骤3：将热解胶带面向bi2se3/sio2，并用手指(或其他东西)按压以粘合到材料上。随后，将带有几层bi2se3片的胶带从基材上剥离并粘贴在光纤头上。加热平台用于从热解带上释放材料。当平台温度升至120℃时，将光纤套圈/胶带移到平台上并保持约5分钟，直到胶带与光纤头分离，最终，bi2se3片被成功转移到光纤头上。
16.本发明与现有技术相比具备以下有益效果：在锁模掺铒光纤激光器中使用这种cvd-bi2se3可饱和吸收体，可以轻松实现82.6mw/48.3nj亮脉冲和81.2mw/47.5nj亮暗孤子对脉冲输出。据我们所知，82.6mw是基于tisa的锁模掺铒光纤激光器平均输出功率的最大值。结果表明，具有大调制深度、三阶非线性和高激光损伤阈值的cvd-bi2se3可以作为一种优良的sa材料，以提高锁模光纤激光器的输出能量性能。
附图说明
17.图1为本发明的一种基于cvd-硒化铋可饱和吸收体的亮暗孤子锁模激光器的结构示意图；
18.图2为本发明激光器的光谱图；
19.图3为本发明激光器的单脉冲轨迹图；
20.图4为本发明激光器的射频频谱图；
21.图5为本发明激光器的平均输出功率、单脉冲能量与泵浦功率的关系图。
22.图中：1、泵浦源一；2、泵浦源二；3、波分复用器二；4、波分复用器一；5、掺铒光纤；6、偏振控制器一；10、偏振控制器二；7、100m单模光纤；8、可饱和吸收体；9、偏振无关隔离器；11、输出耦合器。
具体实施方式
23.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
24.请参阅图1-5，本发明提供一种技术方案：一种基于cvd-硒化铋可饱和吸收体的亮暗孤子锁模激光器，包括泵浦源一、泵浦源二和光纤谐振腔，且光纤谐振腔由波分复用器一、掺铒光纤、波分复用器二、偏振控制器一、100m单模光纤、可饱和吸收体、偏振无关隔离
器、偏振控制器二和输出耦合器依次首尾连接而成。
25.泵浦源一1、泵浦源二2为半导体激光器，且泵浦源一1、泵浦源二2的中心波长分别为974nm和976nm，分别通过980/1550nm的波分复用器二3、波分复用器一4耦合进入光纤谐振腔。
26.波分复用器一4、波分复用器二3的工作波长是980/1550nm、尾纤为普通单模光纤。
27.掺铒光纤3型号为er-80-8/125、长度为0.62m，作为增益光纤为谐振腔提供增益。
28.偏振控制器一6、偏振控制器二10采用三片线圈旋转式。
29.偏振无关隔离器9用于确保激光单向传输，消除有害反射，尾纤为普通单模光纤。
30.输出耦合器11采用了60:40的耦合比，作为光纤谐振腔输出端口，且尾纤为普通单模光纤。
31.cvd-bi2se3可饱和吸收体8的制备步骤为:
32.步骤1：在超声波清洗机中通过丙酮、乙醇和去离子水的混合溶液清洗sio2衬底，将衬底放置在管式炉内距离se粉末15cm的下游区域处。在sio2衬底上沉积一层se层作为种子层，以在se周围产生成核点，并迫使bi2se3片横向生长。设置升温速率为10℃/min，ar气流量为50sccm，在200℃的目标温度和2pa的基础压力下将se粉沉积20分钟；
33.步骤2：bi2se3粉末位于温度接近预设温度(550℃)的热中心区域附近。se/sio2衬底放置在下游区域(距离bi2se3粉末15cm)。石英管用ar气吹扫，然后原材料由气流量为50sccm的ar气携带，沉积在基板上。为了避免se/sio2基板中的se挥发并确保bi2se3片可以均匀地沉积，在升温过程中从炉子中取出包含原材料和衬底的石英管的一部分。以10℃/min的升温速率将温度升至550℃。将装有原材料和衬底的石英管部分移到炉子中央，同时将炉子加热到预设温度550℃。当温度稳定后，bi2se3片开始生长20分钟。最后，石英管在ar气中自然冷却到环境温度；
34.步骤3：将热解胶带面向bi2se3/sio2，并用手指(或其他东西)按压以粘合到材料上。随后，将带有几层bi2se3片的胶带从基材上剥离并粘贴在光纤头上。加热平台用于从热解带上释放材料。当平台温度升至120℃时，将光纤套圈/胶带移到平台上并保持约5分钟，直到胶带与光纤头分离，最终，bi2se3片被成功转移到光纤头上。
35.我们知道可以使用较长的激光谐振腔实现自锁模操作。因此，在进行本次发明装置调试之前，我们测试了没有bi2se
3 sa的激光器的操作特性。通过仔细调整偏振控制器和泵浦功率没有观察到脉冲产生，这意味着该激光腔中不存在自锁模或法布里-珀罗腔效应。将bi2se
3 sa插入环形激光腔后，通过调节泵浦功率和偏振控制器控制的偏振状态，可以实现不同的稳定锁模操作。
36.图2—5展示了此edfl在1.7w泵浦功率下的亮孤子锁模态的性能。图2显示了中心波长位于1557.908nm，相应的3-db带宽为0.34nm。图3所示的单脉冲轨迹具有约7.78ns的脉冲宽度，这种宽脉冲持续时间主要是由于长激光腔引起的大的净色散值。图3插图中显示的典型脉冲序列表明，脉冲之间的间隔为0.58μs。图4所示基频为1.71mhz，信噪比(snr)为42db，由于频谱分析仪测得的信号仅为输出功率的25％，实际snr应高于42db。图5所示为平均输出功率与泵浦功率，随着泵浦功率从0.6w增加到1.7w，输出功率从48.3mw上升到82.6mw，相应的单脉冲能量从26.8nj上升到48.3nj。据我们所知，82.6mw是基于tisa的锁模edfl平均输出功率的最大值。
37.需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
38.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。