一种基于碲锗化铬可饱和吸收体的亮暗孤子光纤激光器的制作方法

1.本发明属于光纤激光器技术领域，具体涉及一种基于碲锗化铬可饱和吸收体的亮暗孤子光纤激光器。


背景技术：

2.近年来，锁模光纤激光器被认为是研究光学孤子现象的优秀平台。特别是在新型饱和吸收材料的驱动下，锁模光纤激光器中光孤子的研究引起了越来越多的关注。目前，基于石墨烯、黑磷(bp)、拓扑绝缘子(ti)、mxene、过渡金属二卤化物(tmds)、等光调制器、传统孤子、暗孤子、耗散孤子、高阶孤子等。此外，由于孤子之间的交叉相位调制(xpm)效应，光纤激光器还可以获得新的亮、暗、亮暗孤子对。
3.其中，亮暗孤子对在光谱学、电信学、孤子演化等领域表现出广泛的应用前景。根据孤子理论，由于孤子之间的相互作用，也可能产生暗-暗、亮-亮、甚至暗-亮的孤子对。其中，光在正常色散区域的传播有利于产生亮孤子；同时，由于其固有的特性而形成暗孤子。根据非线性薛定谔方程，亮暗孤子对确实进行了理论证明，并在克尔型非线性介质中观察到，然后在被动模拟光纤激光器中实验实现。
4.在理论模拟的指导下，基于不同的材料作为饱和吸收剂，对暗孤子的研究引起了广泛的关注。对暗孤子的研究主要集中在探索新的饱和吸收材料和解释输出特性。换句话说，基于二维材料调制器的亮暗孤子研究正处于探索和研究的初始阶段。因此，这对于扩大新型二维材料在亮暗孤子研究中的应用具有重要意义。


技术实现要素：

5.针对现有技术的不足，本发明提供了一种基于碲锗化铬可饱和吸收体的亮暗孤子光纤激光器，解决了背景技术中提到的问题。
6.为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种基于碲锗化铬可饱和吸收体的亮暗孤子光纤激光器，其结构包括泵浦光源(1)和激光谐振腔(9)；其中，激光谐振腔包括波分复用器(2)、掺铒光纤(3)、偏振控制器(4)、偏振无关隔离器(5)、单模光纤(6)、可饱和吸收体(7)和输出耦合器(8)；
7.优选的，所述环形激光器的连接为泵浦光源(1)的输出端与波分复用器(2)的第一输入端相连，波分复用器(2)的输出端与掺铒光纤(3)的一端相连，掺铒光纤(3)的另一端与偏振控制器(4)的一端相连，偏振控制器(4)的另一端与偏振无关隔离器(5)的输入端相连，偏振无关隔离器(5)的输出端与单模光纤(6)的一端相连，单模光纤(6)的另一端与可饱和吸收体(7)的一端相连，可饱和吸收体(7)的另一端输出耦合器(8)的输入端相连，输出耦合器(8)的90％输出端与波分复用器(2)的第二输入端相连，构成环形激光谐振腔；所述可饱和吸收体为碲锗化铬可饱和吸收体。
8.优选的，所述产生激光的过程是，泵浦光源(1)提供泵浦光，通过波分复用器(2)将光耦合进环形腔中，经过掺铒光纤(3)增益后，依次经过偏振控制器(4)、偏振无关隔离器
(5)、单模光纤(6)、碲锗化铬可饱和吸收体(7)、和输出输出耦合器(9)，输出输出耦合器(9)为10：90，其中10％输出用作数据的测量，剩余的90％继续在激光谐振腔(9)内运转，偏振无关隔离器(5)保证了腔内光的单向传输，通过调节泵浦光源(1)的数值以及偏振控制器(4)和最终得到稳定的锁模脉冲激光输出。
9.优选的，所述环形激光器的器件之间均通过单模光纤熔接。
10.优选的，所述泵浦光源(1)为普通单模光纤耦合的半导体光纤激光器，其中心波长为980nm，对应于掺铒光纤(3)的泵浦吸收峰。
11.优选的，所述波分复用器(2)的工作波长是980/1550nm，其尾纤为普通单模光纤。
12.优选的，所述谐振腔的增益介质为一段约30cm长的掺铒光纤(3)，型号为er-110。
13.优选的，所述偏振控制器(4)采用三片线圈旋转式偏振控制器。
14.优选的，所述输出耦合器(8)采用了10：90耦合比，其中10％信号光输出用于数据的测量。
15.本发明还提供了一种基于碲锗化铬可饱和吸收体的制备方法，具体包括以下步骤：
16.s1：将0.1g碲锗化铬粉末加入到30ml30％的酒精中，以制备碲锗化铬分散液，将分散液置于超声波清洁器中超声处理6小时，产生少层碲锗化铬纳米片；
17.s2：将s1所得的碲锗化铬溶液和4wt％聚乙烯醇溶液以体积比为1：1的混合，在超声波清洗器中再放置4小时，制备均匀的碲锗化铬-聚乙烯醇溶液。
18.s3：将s2所得的100μl的分散溶液旋转涂在培养皿上，形成碲锗化铬-聚乙烯醇膜，然后将培养皿放入30℃的干燥箱中10h。
19.s4：从s3所得的培养皿中切断一个1
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1mm2的小片，并将其转移到光纤跳线端面上，与另一光纤跳线用光纤法兰适配器连接起来，形成基于碲锗化铬的可饱和吸收体。
20.综上，本发明有益效果包括以方面：本发明提供的被动锁模脉冲激光器，稳定性较好，可以长时间稳定工作。并且本发明首次演示了碲锗化铬在获得亮-暗孤子中的超快速应用。在脉冲重复频率为1.835mhz的情况下，获得了最大平均输出功率为5.36mw的亮-暗孤子操作。本发明的碲锗化铬可饱和吸收体具有良好的非线性吸收性能，这将促进其在超快调制器件领域的广泛应用潜力。
附图说明
21.图1为本发明提供的光纤激光器的结构示意图。
22.图2为本发明提供的光纤激光器的输出光谱图。
23.图3为本发明提供的光纤激光器的平均输出功率与泵浦功率之间的关系图。
24.图4为本发明提供的光纤激光器的脉冲序列图。
25.图5为本发明提供的光纤激光器的单脉冲图。
26.图6为本发明提供的光纤激光器信噪比测量图。
27.图中：1、泵浦光源；2、波分复用器；3、掺铒光纤；4、偏正控制器；5、偏振无关隔离器；6、单模光纤；7、可饱和吸收体；8、输出耦合器。
具体实施方式
28.以下所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。
29.实施例1
30.材料准备：
31.一种基于碲锗化铬可饱和吸收体的制备方法，具体包括以下步骤：
32.s1：将0.1g碲锗化铬粉末加入到30ml30％的酒精中，以制备碲锗化铬分散液，将分散液置于超声波清洁器中超声处理6小时，产生少层碲锗化铬纳米片；
33.s2：将s1所得的碲锗化铬溶液和4wt％聚乙烯醇溶液以体积比为1：1的混合，在超声波清洗器中再放置4小时，制备均匀的碲锗化铬-聚乙烯醇溶液。
34.s3：将s2所得的100μl的分散溶液旋转涂在培养皿上，然后将培养皿放入30℃的干燥箱中10小时形成碲锗化铬-聚乙烯醇膜。
35.s4：从s3所得的培养皿中切下一个1
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1mm2的薄膜，并将其转移到光纤跳线端面上，与另一光纤跳线用光纤法兰适配器连接起来，形成基于碲锗化铬的可饱和吸收体。
36.实施例2
37.激光腔的搭建：
38.一种基于碲锗化铬可饱和吸收体的亮暗孤子光纤激光器，其结构包括泵浦光源(1)和激光谐振腔(9)；其中，激光谐振腔包括波分复用器(2)、掺铒光纤(3)、偏振控制器(4)、偏振无关隔离器(5)、单模光纤(6)、可饱和吸收体(7)和输出耦合器(8)；
39.其中泵浦光源(1)的输出端与波分复用器(2)的第一输入端相连，波分复用器(2)的输出端与掺铒光纤(3)的一端相连，掺铒光纤(3)的另一端与偏振控制器(4)的一端相连，偏振控制器(4)的另一端与偏振无关隔离器(5)的输入端相连，偏振无关隔离器(5)的输出端与单模光纤(6)的一端相连，单模光纤(6)的另一端与可饱和吸收体(7)的一端相连，可饱和吸收体(7)的另一端输出耦合器(8)的输入端相连，输出耦合器(8)的90％输出端与波分复用器(2)的第二输入端相连，构成环形激光谐振腔；所述可饱和吸收体为碲锗化铬可饱和吸收体。
40.产生激光的过程为：
41.泵浦光源(1)提供泵浦光，通过波分复用器(2)将光耦合进环形腔中，经过掺铒光纤(3)增益后，依次经过偏振控制器(4)、偏振无关隔离器(5)、单模光纤(6)、碲锗化铬可饱和吸收体(7)、和输出输出耦合器(9)，输出输出耦合器(9)为10：90，其中10％输出用作数据的测量，剩余的90％继续在激光谐振腔(9)内运转，偏振无关隔离器(5)保证了腔内光的单向传输，通过调节泵浦光源(1)的数值以及偏振控制器(4)和最终得到稳定的锁模脉冲激光输出。
42.本发明实施方式中，泵浦源、波分复用器、偏振无关隔离器、偏振控制器和输出耦合器是业界常规选择，本发明不做特殊限定。
43.本发明实例的测试结果如下：
44.首先当激光器中未加入碲锗化铬可饱和吸收体时，通过调整泵浦功率和偏振状态，没有发现锁模脉冲。当激光器中加入碲锗化铬可饱和吸收体后，通过调节泵浦功率，仔
细旋转偏振控制器，可以获得稳定的亮暗孤子对；当泵浦功率在136～560mw之间时，通过适当调整偏振控制器，可以观察到稳定的亮-暗孤子对。图2到图显示了在最大泵功率560mw下记录的亮暗孤子对的特性。其中图2显示了所述激光器的输出光谱图，它显示出两个明显的峰，分别对应于亮脉冲和暗脉冲。此外，由于光谱偏振和单模光纤腔内双折射相结合引起的光谱滤波效应，亮脉冲对应的发射峰没有记录凯利边带。图3显示了平均输出功率与泵浦功率之间的关系，其中输出功率与泵浦功率之间存在明显的线性关系。在最大泵浦功率为560mw下，最大平均输出功率为5.36mw，对应的光转换效率为0.96％。图4显示了明暗脉冲序列，脉冲序列的间隔为544.9ns，与腔的往返时间很吻合。图5显示了亮-暗孤子对对应的单脉冲曲线。显然，亮孤子和暗孤子是不对称的，这使得它们通过交叉相位调制耦合相互支持。亮孤子操作的脉冲宽度为18.2ns，暗孤子操作的脉冲宽度为28.6ns；激光腔的色散值较大。此外，发射光谱峰之间的距离太近，无法过滤出相应的波段，无法验证亮脉冲和暗脉冲的光谱分量。而亮-暗孤子的操作可以通过明显的单脉冲形状来证明。图6显示了所述激光器的脉冲稳定性以及信噪比图，可以看出信噪比约为35db，脉冲重复频率为1.835mhz，与腔长111.98m匹配。上述结果表明，本发明得到了具有高稳定性的亮暗脉冲。