一种基于纳米管锁模的2微米波长全光纤激光器制造技术

本实用新型专利技术公开了一种基于纳米管锁模的2微米全光纤激光器，泵浦激光器连接泵浦/信号激光合束器的泵浦输入端，泵浦/信号激光合束器的合束端连接光纤增益介质的一端，光纤增益介质经光纤隔离器连接光纤耦合输出器，光纤耦合输出器的一个输出端作为激光器的激光输出端，其特征在于：光纤增益介质为掺铥或铥/钬混合掺杂或掺钬的增益光纤，可饱和吸收体植入了纳米管，其长度为5毫米到50毫米。本实用新型专利技术具有系统设计简单，造价低廉，可靠性、稳定性高等优点，是一种具有实用价值的全光纤、超短脉冲、高功率激光器设计腔体形式。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种光纤激光器，特别涉及一种具有高功率、超短脉冲激光输出的采用纳米管锁模的2微米波长掺铥或铥/钦混合掺杂或掺钦的全光纤激光器。属于激光技术与光信息

技术介绍
高功率、超短脉冲(皮秒、飞秒)激光光源在材料与器件的精密打标、材料的激光加工、生物光子学成像、精密频率计量等领域有着十分广泛的应用。而基于掺稀土元素增益光纤的锁模高功率、超短脉冲全光纤激光器相比传统固体超快光源具有更高的效率、便携性、高可靠性和高稳定性等优点，近年来作为固体超快光源的替代或补充在工业及科研领域有着愈来愈广泛的应用。目前在光纤激光器中实现高功率、超短激光脉冲产生的方法主要是采用光纤激光腔体内采用主动器件调制(如频率或损耗调制)的主动锁模方法和采用光纤激光腔体内非线性可保饱和吸收器件的被动锁模方法。其中被动锁模的方法具有结构简单、造价低廉、锁模产生的激光脉冲宽度更短的优点，是目前商用超短脉冲光纤激光器主要采用的工作机制。目前波长范围为I微米和1.5微米的超快光纤激光器由于其众多的科研和工业应用在过去的十多年中在国际学术界开展了广泛深入的研究，已经可以采用具有效率高、体积小、稳定性好的高功率光纤放大器得到高峰值功率和高单脉冲能量的令人满意的超短激光脉冲。目前已有多种掺杂稀土7Π素光纤超短激光脉冲激光器和高功率光纤放大器商业化产品被开发出来，尤其是采用掺镱光纤和掺铒光纤的锁模光纤激光器与放大器，在I微米波长上已经达到HiJ量级单脉冲能量的飞秒脉冲和5.4兆瓦的峰值功率。通常用于被动锁模光纤激光器的非线性可保饱和吸收体器件或机理主要是基于腔内激光脉冲在增益光纤中传输放大时非线性效应的非线性偏振旋转附加脉冲模式锁定(APM)、半导体可饱和吸收体和基于光纤中Sagnac效应的“8字型”腔体锁模机制等。近年来随着纳米材料技术的发展，一种新型基于碳纳米管的可饱和吸收体材料在锁模超短脉冲激光器中得到采用，由于·这种基于碳纳米管的可饱和吸收体材料具有宽的光谱工作带宽、更高的抗破坏阈值功率(可以承受更高的腔内激光功率)、可以全光纤化等优点，引起了学术界和工业界重视，现在已发展了各种不同腔体型式和工作波长的基于这种基于碳纳米管的可饱和吸收体材料的被动锁模的光纤激光器，目前工作的激光波长主要在1.5微米(掺铒)和I微米(掺镱)。但商业化采用基于碳纳米管的可饱和吸收体材料的被动锁模的光纤激光器尚未见报道。最近波长在2微米左右的锁模光纤激光器受到了学术界和工业界的极大的重视。比如掺铥光纤在1.8-2.1Mffl间的宽带激光增益光谱，表现出很宽的波长可延伸性和高的泵浦激光转换效率。2微米左右波长的激光光源在人眼安全雷达、医疗、光谱学、遥感和中红外波长的产生等方面得到了广泛的应用，大于200nm的宽带增益使得掺铥光纤成为在2微米波长获得超短激光脉冲非常合适的增益介质。
技术实现思路
本技术的专利技术目的是提供一种具有高稳定性和可靠性、高效率、高功率、超短脉冲的基于纳米管锁模的2微米全光纤激光器。为实现上述专利技术目的，本技术采用的技术方案是:一种基于纳米管锁模的2微米波长全光纤激光器，包括泵浦激光器、泵浦/信号激光合束器、光纤增益介质、光纤隔离器、光纤耦合输出器和可饱和吸收体，构成环形腔结构，产生重复率为几十kHz到几百MHz脉冲重复率，几十飞秒到几十皮秒的2微米波长的超短激光脉冲，所有腔内元器件通过熔接连接在一起构成2微米全光纤锁模激光器，所述光纤增益介质为掺铥或铥/钦混合掺杂或掺钦的2微米波长增益光纤，所述可饱和吸收体为植入了单壁碳纳米管、多壁碳纳米管或石墨稀中的一种的光纤，可饱和吸收体长度为5毫米到50毫米。上述技术方案中，所述纳米管为单壁碳纳米管、多壁碳纳米管或石墨稀中的一种，所有腔内元器件通过熔接连接在一起构成全光纤锁模激光器。上述技术方案中，所述增益光纤的芯径为4到30微米，数值孔径为0.02到0.20，包层的直径为50到400微米，数值孔径为0.2到0.8，长度为0.1米到10米。进一步的技术方案，设有光纤偏振控制器，所述光纤偏振控制器连接在光纤隔离器和光纤I禹合输出器的输入端之间。可选的技术方案是，设有保偏光纤循环器和啁啾光纤光栅，保偏光纤循环器的输入端连接光纤隔离器的输出端，保偏光纤循环器的一个输出端口将信号激光导入到啁啾光纤光栅中，啁啾光纤光 栅的另一个端口与光纤耦合输出器的输入端连接。为实现本技术的专利技术目的，采用的另一种技术方案是:一种基于纳米管锁模的2微米全光纤激光器，包括泵浦激光器、泵浦/信号激光合束器、光纤增益介质、至少一个全反射镜、激光输出器和可饱和吸收体，所述泵浦激光器连接泵浦/信号激光合束器的泵浦输入端，泵浦/信号激光合束器的合束端连接光纤增益介质的一端，光纤增益介质的另一端经可饱和吸收体连接一个全反射镜，泵浦/信号激光合束器的信号激光输入端连接激光输出器的输入端，激光输出器的一个输出端作为激光器的激光输出端，构成线形腔结构，产生重复率为几十kHz到几百MHz脉冲重复率超短激光脉冲，所述光纤增益介质为掺铥或钱/钦混合掺杂或掺钦的增益光纤，所述可饱和吸收体为植入了纳米管的锥形光纤，所述锥形光纤长度为5毫米到50毫米、芯径为2到20微米，所述纳米管通过低折射率硅合成胶被附着在锥形光纤的外表面。进一步的技术方案，所述激光输出器由光纤环形反射镜构成，设有光纤偏振控制器，所述光纤偏振控制器连接在光纤增益介质和可饱和吸收体之间，全反射镜构成激光器的一个反射腔体，光纤环形反射镜构成激光器的另一个反射腔体，同时作为激光器的输出端。或者，所述激光输出器由光纤I禹合输出器构成，设有2个全反射镜,第一全反射镜连接在可饱和吸收体的另一端，构成激光器的一个反射腔体，第二全反射镜连接在光纤耦合输出器的一个输出端，构成激光器的另一个反射腔体，光纤I禹合输出器的另一个输出端作为激光器的输出端。由于上述技术方案运用，本技术与现有技术相比具有下列优点:1.本技术是采用带纳米管锁模的全光纤、超短脉冲、高功率光纤激光器，腔内无需加入高频调制器等器件，而直接采用现有成熟的光纤器件，使得系统设计大为简化；2.由于采用低成本的碳纳米管锥形光纤作为锁模器件，系统造价更为低廉；3.碳纳米管锥形光纤抗激光破坏的阈值更高，激光系统全光纤化，系统的可靠性、稳定性更高。附图说明图1是实施例1提供的采用带纳米管锥型光纤锁模的2微米全光纤激光器结构示意图；图2是实施例2提供的采用带纳米管锥型光纤锁模的2微米全光纤激光器结构示意图；图3是实施例3提供的采用带纳米管锥型光纤锁模的2微米全光纤激光器结构示意图；图4是实施例4提供的采用带纳米管锥型光纤锁模的2微米全光纤激光器结构示意图；图5是实施例5提供的采用带纳米管锥型光纤锁模的2微米全光纤激光器结构示意图。其中:1、泵浦/信号激光合束器；2、光纤增益介质；3、光纤隔离器；4、光纤偏振控制器；5、光纤稱合 输出器；6、可饱和吸收体；7、泵浦激光器；8、全反射镜；801、第一全反射镜；802、第二全反射镜；9、环形反射镜；10、保偏光纤循环器；11、啁啾光纤光栅。具体实施方式以下结合附图及实施例对本技术作进一步描述:实施例1: 一种基于纳米管锁模的2微米全光纤激光器，由一个0.1到30W的高功率半导本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于纳米管锁模的2微米波长全光纤激光器，包括泵浦激光器(7)、泵浦/信号激光合束器(1)、光纤增益介质(2)、光纤隔离器(3)、光纤耦合输出器(5)和可饱和吸收体(6)，构成环形腔结构，产生重复率为几十kHz?到几百MHz?脉冲重复率,?几十飞秒到几十皮秒的2微米波长的超短激光脉冲，所有腔内元器件通过熔接连接在一起构成2微米全光纤锁模激光器，其特征在于：所述光纤增益介质(2)为2微米波长增益光纤，所述可饱和吸收体(6)为植入了单壁碳纳米管、多壁碳纳米管或石墨稀中的一种的光纤，可饱和吸收体长度为5毫米到50毫米。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王青，耿纪宏，刘东峰，蒋仕彬，
申请(专利权)人：苏州图森激光有限公司，
类型：实用新型
国别省市：