CN105337153A - 一种基于倏逝波锁模的可饱和吸收体器件的制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于倏逝波锁模的可饱和吸收体器件的制作方法，包括以下步骤：1)将可饱和吸收体材料生长在衬底表面上，在衬底上形成可饱和吸收层，得到贴片；2)将贴片粘贴在D型光纤表面，在贴片和D型光纤之间设置有折射率匹配胶，其中贴片附着可饱和吸收层的一侧与D型光纤表面相对，所述折射率匹配胶的折射率与D型光纤内包层匹配。解决了现有的可饱和吸收体器件的制作方法会带来大量非饱和吸收，并且无法避免在与外界接触的技术问题，本发明基于D型光纤倏逝波锁模技术，采用气相沉积等技术，生长低杂质、低非饱和损耗及与衬底材料物理接触紧密的吸收体材料，倒装封装在D型光纤区，从而提高了整体器件的寿命和锁模激光器的长期稳定性。
Description
技术领域
本发明属于光学领域，涉及一种光纤锁模激光器用的具有低非饱和损耗及高激光损伤阈值的可饱和吸收体器件的设计方法。
背景技术
超短脉冲激光振荡器是超快激光研究领域的基础。被动锁模技术是常用的实现超短脉冲激光的技术，可饱和吸收体器件是其中的关键器件。近年来，可饱和吸收体发展迅速。一方面具有可饱和吸收体特性的新材料层出不穷，例如碳纳米管、石墨烯、硒化铋、硫化钼等；另一方面制作吸收体的新的制作工艺不断被提出，如聚合物法将吸收体材料与高分子聚合物复合制成薄膜，拉锥光纤倏逝波锁模法将吸收体材料吸附在被拉细的光纤表面，D型光纤倏逝波锁模法将吸收体材料吸附在侧面抛光的光纤侧面。然而聚合物法中，由于高分子聚合物在强激光作用下容易损伤，导致吸收体器件的损伤阈值比较低。拉锥光纤倏逝波锁模法中，光纤一般被拉细到30μm以内，光纤极易断裂，导致器件不耐用。D型光纤倏逝波锁模法中，一般采用滴涂法或转移法[1-3]在D型光纤表面上制作一层可饱和吸收体薄膜，这样提高了器件的抗强激光损伤阈值。但是这些做法仍存在一些弊端：第一，滴涂的饱和吸收材料溶液多为混合物，带来大量非饱和吸收，后者降低了器件的性能；第二，滴涂或转移的吸收体薄膜直接与空气和外界接触，时间久了，容易出现损伤，导致器件失效；第三，D型光纤表面不是绝对的光滑，如采用转移法，D型光纤与吸收体薄膜接触不够充分，将降低其可饱和吸收特性。第四，滴涂或转移的吸收体薄膜与光纤的折射率差较大，容易造成光折射和散射，降低吸收体的效率。因此，设计出一种制作方法，研制出具有较低的非饱和损耗，即可抗强激光损伤又可避免在与外界接触中导致失效的可饱和吸收体器件，成为宽带吸收体锁模光纤锁模激光器实用化道路上的科研难题。
发明内容
为了解决现有的可饱和吸收体器件的制作方法会带来大量非饱和吸收，并且无法避免在与外界接触的技术问题，本发明提出了基于倏逝波锁模的可饱和吸收体器件的制作方法，并阐述了将这种方法制作的可饱和吸收体器件用于光纤锁模激光器的实施方式。
本发明的技术解决方案：
一种基于倏逝波锁模的可饱和吸收体器件的制作方法，包括以下步骤：
1)将可饱和吸收体材料生长在衬底表面上，在衬底上形成可饱和吸收层，得到贴片；
2)将贴片粘贴在D型光纤表面，在贴片和D型光纤之间设置有折射率匹配胶，其中贴片附着可饱和吸收层的一侧与D型光纤表面相对，所述折射率匹配胶的折射率与D型光纤内包层匹配。
步骤1)采用气相化学沉积法、激光溅射法或裂解法在衬底上生长可饱和吸收体材料。
上述衬底材料为石英或云母；
在衬底上生长的可饱和吸收体材料种类为碳纳米管、石墨烯、拓扑绝缘体、MoS2或WS2。
可饱和吸收体材料的层数为1-20层，厚度小于100nm。
折射率匹配胶的折射率为1.4-1.5之间。
上述云母为氟晶云母，其化学式为KMg3(AlSi3O10)F2，其折射率为1.54，云母的厚度为20～100μm。
D型光纤选择侧面抛光法制作。
本发明的有益效果：
1、本发明基于D型光纤倏逝波锁模技术，采用气相沉积等技术，生长低杂质、低非饱和损耗及与衬底材料物理接触紧密的吸收体材料，倒装封装在D型光纤区，从而提高了整体器件的寿命和锁模激光器的长期稳定性。
2、本发明采用D型光纤的***损耗比较小(<10％),透光性很好，且强激光下不易出现损伤。
附图说明
图1-3是本发明所提到D型光纤、石英基片和云母片的尺寸图；
图4是本发明所提到的气相沉积法于石英基片表面生长石墨烯材料的流程示意图；
图5是本发明所提供的将带有石英衬底的石墨烯薄膜转移到D型光纤表面的示意图；
图6是本发明所制作的可饱和吸收体器件用于光纤锁模激光器的装置图。
具体实施方式
采用气相沉积、激光溅射等方法将碳纳米管等可饱和吸收材料生长在云母或石英材料表面上。这些生长方式使得吸收体材料与衬底具有较好的物理接触，同时具有相对于溶液法较低的杂志，因此降低了吸收体器件的非饱和损耗。将长有吸收体的衬底材料倒置(衬底在上，吸收体在下)粘贴在D型光纤表面，光纤表面与贴片之间有少量折射率匹配胶，通过这种方法进行固定，形成一个稳固的吸收体器件用于光纤激光器中实现锁模运转。云母选择氟晶云母，其化学式为KMg3(AlSi3O10)F2，其折射率为1.54，云母片的厚度可选择20～100μm之间。石英片为商用纯石英基片，其化学式为SiO2。可饱和吸收体材料选择碳纳米管、石墨烯、拓扑绝缘体、WS2等。可饱和吸收体材料的层数为1-20层，厚度为小于100nm。D型光纤选择侧面抛光法制作。固定用折射率匹配胶其折射率为1.4-1.5之间。
参见图1、图2和图3，D型光纤1平坦区域长度选择5-30mm，纤芯上表面到D型区表面的距离选择2-5μm。纯石英片2尺寸选择厚度0.13-0.17mm，大小调节范围比较大，一般也选择6mmx6mm；云母片3尺寸选择厚度20-100μm，大小调节范围比较大，一般选择6mmx6mm比较合适；D型光纤1、石英片2和云母片3预先都要做清洁处理，第一步浸没在丙酮中超声30分钟，取出用去离子水冲洗；第二步浸没在去离子水中超声30分钟，取出用氮气腔将其表面液体吹干。
参见图4，固定该可饱和吸收体材料于云母片或石英片上的方法为有气相沉积法、激光溅射法和裂解法，以气相沉积法于石英片上生长石墨烯为实施例：第一步在双温区电阻炉4中，将低温室温度控制在800℃，高温室控制在1100℃，将石英片2放置在低温区中；第二步用真空泵5抽出炉内空气至真空度1x10-6Torr后关闭真空泵5；第三步将CH46与H27的混合气体从双温区电阻炉4的高温区进口处通入电阻炉内，高温区对气体加热，为CH46分解提供足够的能量，H27速度稳定在100sccm，CH46的速度控制在20-300sccm之间，通过调节CH46的通入速度可控制生长石墨烯8的层数，石墨烯的生长一般需要60min；第四步石墨烯8生长完毕后，停止CH46气体的通入，保持H27的通入速度，将已生长有石墨烯薄膜的石英片样品9以100℃/min的速度冷却至常温，最后将样品分割成合适大小的样品条10，其长度要小于D型光纤平坦区的长度，宽度约为3mm。
参见图5，在显微镜下固定好D型光纤1，并使其平坦面朝上，用注射器将折射率匹配胶11涂在处理好的D型光纤表面，将样品条10生长了石墨烯的那一面贴在D型光纤表面，再用重物12按压30min，待样品条与D型光纤充分接触后用紫外灯13照射D型光纤表面2min，待折射率匹配胶11完全固化后可撤去重物12和紫外灯13，基于D型光纤并附件材料衬底的可饱和吸收体器件14制作完成。
参见图6，将上述制作的可饱和吸收体器件14接入光纤激光器谐振腔中，用于脉冲锁模的实施例包括：一个可饱和吸收体器件14用于窄化脉冲；一个偏振控制器15用于调节谐振腔内光的偏正方向；一段增益光纤16用于将泵浦光转换成信号光放大脉冲能量；一台泵浦17用于提供泵浦光；一个波分复用器18用于将泵浦光耦合进入增益光纤16；一个带通滤波器19用于窄化光谱、耦合分束器20用于将一部分从谐振腔中分离出来；一个隔离器21用于保证光在谐振腔中单向运转。
Claims (8)
1.一种基于倏逝波锁模的可饱和吸收体器件的制作方法，包括以下步骤：
1)将可饱和吸收体材料生长在衬底表面上，在衬底上形成可饱和吸收层，得到贴片；
2)将贴片粘贴在D型光纤表面，在贴片和D型光纤之间设置有折射率匹配胶，其中贴片附着可饱和吸收层的一侧与D型光纤表面相对，所述折射率匹配胶的折射率与D型光纤内包层匹配。
2.根据权利要求1所述的基于倏逝波锁模的可饱和吸收体器件的制作方法，其特征在于：步骤1)采用气相化学沉积法、激光溅射法或裂解法在衬底上生长可饱和吸收体材料。
3.根据权利要求1或2所述的基于倏逝波锁模的可饱和吸收体器件的制作方法，其特征在于：所述衬底材料为石英或云母。
4.根据权利要求3所述的基于倏逝波锁模的可饱和吸收体器件的制作方法，其特征在于：在衬底上生长的可饱和吸收体材料种类为碳纳米管、石墨烯、拓扑绝缘体、MoS2或WS2。
5.根据权利要求4所述的基于倏逝波锁模的可饱和吸收体器件的制作方法，其特征在于：可饱和吸收体材料的层数为1-20层，厚度小于100nm。
6.根据权利要求5所述的基于倏逝波锁模的可饱和吸收体器件的制作方法，其特征在于：折射率匹配胶的折射率为1.4-1.5之间。
7.根据权利要求3所述的基于倏逝波锁模的可饱和吸收体器件的制作方法，其特征在于：所述云母为氟晶云母，其化学式为KMg3(AlSi3O10)F2，其折射率为1.54，云母的厚度为20～100μm。
8.根据权利要求6所述的基于倏逝波锁模的可饱和吸收体器件的制作方法，其特征在于：D型光纤选择侧面抛光法制作。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20160217 |