[发明专利]高重频脉冲光纤激光器

说明书

本发明公开了一种高重频脉冲光纤激光器用模块、制备方法及基于该模块的脉冲激光器，将二维光子功能材料沉积到微纳光纤的表面制备成光纤光子器件，选择适当的滤波器与该光纤光子器件熔接成高重频脉冲光纤激光器用模块；同时提供了将该模块应用于光纤激光器中，实现了百GHz级别重复率的高重频脉冲激光输出；本发明提供的全光纤结构的脉冲激光器方案，具有结构简单，激光输出稳定，低泵浦功率，低价格成本的特点。

技术领域

本发明涉及激光技术领域，具体而言，是一种基于光纤光子器件与滤波器模块的高重频脉冲光纤激光器。

背景技术

高重频脉冲光纤激光器因其在非线性光学、光频梳、光通信等光学领域的重要应用而备受关注。主动锁模激光器和被动锁模激光器都能够获得高重频脉冲，但由于主动锁模激光器需要采用调制器，结构复杂且受限于电子带宽，因此许多能够产生高重频脉冲的方法都是基于被动锁模激光器。而在被动锁模激光器中，产生高重频脉冲的方法可以归为三类：第一类，通过缩短腔长来提高脉冲重复率，即短腔法；第二类，通过谐波锁模产生高重频脉冲；第三类，利用四波混频产生高重频脉冲。通常，短腔法和谐波锁模只能够获得数十GHz的高重频脉冲。对于百GHz级别的高重频脉冲的获得，目前采用的是滤波诱导的四波混频方法，在先技术之一，利用硅基微环谐振器接入光纤激光器中通过滤波诱导的四波混频效应获得百GHz级别的高重频脉冲，但是硅基微环谐振器的制作过程复杂且光纤耦合损耗大，不能实现全光纤结构。在先技术之二，利用马赫-曾德干涉仪诱导的四波混频效应，实现了高重频脉冲，但激光器所需要的泵浦功率很高。所以，在探索全光纤、低泵浦的情况下产生高重频脉冲这一方面有重要的实用意义。

发明内容

本发明目的是为了改进现有技术在百GHz级别高重频脉冲获取技术上的不足，提供了结构简单、成本低廉、性能稳定的高重频脉冲光纤激光器用的模块，并且提供了基于此模块的环形腔光纤激光器和线性腔光纤激光器以实现高重频脉冲激光输出。

本发明获得百GHz级别高重频脉冲原理如下：二维光子功能材料具有很高的非线性折射率，将其沉积于本身具有一定非线性效应的微纳光纤上形成光纤光子器件时，可以显著地提高非线性效应，从而更好地满足四波混频发生的条件。四波混频是一个自恰相位锁定的参量过程，当四波混频发生时，在高非线性环境中，两束泵浦光产生一束信号光和一束闲频光，该信号光和闲频光又作为泵浦光继续产生信号光和闲频光，如此形成一个级联的过程，这些四波混频产生的光具有内在的相位锁定关系，从而可以利用四波混频实现锁模。在谐振腔内接入梳状滤波器对激射光谱进行选择，使激光器能够工作在有利于四波混频锁模的多波长激射状态。所以，通过滤波器的梳状谱与二维光子功能材料的相互作用达到四波混频条件，从而获得了与自由光谱范围相符的上百GHz级别的脉冲序列。基于上述原理，本发明的技术方案如下：

一种高重频脉冲光纤激光器用模块，包括：以熔接方式连接的光纤光子器件与滤波器，所述光纤光子器件表面沉积有二维光子功能材料沉积层。

进一步地，所述二维光子功能材料为石墨烯或者拓扑绝缘体。

进一步地，所述光纤光子器件由单模光纤通过熔融拉锥后形成腰锥直径为5-20微米的微纳光纤。

进一步地，所述滤波器是梳状滤波器，其滤波间隔为0.8-4nm。

一种高重频脉冲光纤激光器用模块的制备方法，包含以下步骤：

(1)将单模光纤剥去涂覆层以后采用熔融拉锥的方法将光纤拉锥成为微纳光纤。

(2)用溶解有二维光子功能材料的溶液在超声作用后，通过光学沉积法将二维光子功能材料沉积到所述微纳光纤表面，制备成光纤光子器件。

(3)将滤波器和制备好的光纤光子器件通过熔融的方式熔接在一起制成高重频脉冲光纤激光器用模块。