[发明专利]一种二维材料集成结构锁模光纤激光器及其构建方法

说明书

本发明公开了一种二维材料集成结构锁模光纤激光器及其构建方法，包括依次设置的波分复用器、掺稀土离子增益光纤、第一偏振控制器、锁模器件、第二偏振控制器、偏振无关光隔离器、耦合器，并构成环形激光器谐振腔；还包括泵浦光源，所述泵浦光源与波分复用器的泵浦端相连；所述锁模器件为微光纤‑二维材料等离激元混合结构激光锁模器件；本发明该集成结构同时具有偏振器、宽带滤波器、高非线性克尔元件、非线性饱和吸收元件的特性和功能，器件可以同时利用三种机制锁模，输出状态多种可调；输出脉冲可达到飞秒量级。

技术领域

本发明涉及一种激光器及其构建方法，特别是涉及一种二维材料集成结构锁模光纤激光器及其构建方法。

背景技术

高重复频率脉冲光纤激光器在光通信、微波光子学、光学频率梳产生和光谱学等领域具有重要应用，传统提高锁模脉冲激光重复频率的方法包括主动锁模和缩短激光腔长，20世纪90年代以来通过耗散四波混频实现超高重复频率的锁模脉冲激光的方法得到发展，该方法目前主要是由光学梳状滤波器和高光学非线性器件组合来实现，但此方法激光腔内通常要使用数十至数百米的高非线性光纤，大大增加了激光腔内损耗，同时提高了输出高重复频率脉冲的成本；也有通过高品质因子的硅基光学微腔来实现四波混频，但硅基波导与光纤的耦合不可避免地会产生损耗，同时需采用光刻等微加工工艺，制备过程相对复杂。

发明内容

发明目的：本发明的目的之一是提供一种具有较高品质因子、方便携带的二维材料集成结构锁模光纤激光器，实现包括高重频脉冲在内多种工作状态的输出；本发明的另一个目的是提供该锁模光纤激光器的构建方法。

技术方案：本发明的二维材料集成结构锁模光纤激光器，包括依次设置的波分复用器、掺稀土离子增益光纤、第一偏振控制器、锁模器件、第二偏振控制器、偏振无关光隔离器、耦合器，连接方式为光纤熔接，构成环形激光器谐振腔；还包括泵浦光源，所述泵浦光源连接波分复用器的泵浦端，泵浦光源发出光通过波分复用器进入激光器谐振腔，通过调节泵浦光源的功率及旋转第一偏振控制器和第二偏振控制器上旋钮，产生稳定的脉冲激光，输出的激光通过耦合器抽运出激光谐振腔，所述锁模器件为微光纤-二维材料等离激元混合结构激光锁模器件。

所述泵浦光源、波分复用器、偏振无光光隔离器、耦合器为光纤器件，泵浦光源、波分复用器、偏振无关光隔离器、耦合器的尾纤优选为单模光纤。

所述泵浦光源发射光波长包含在掺稀土离子增益光纤吸收波长范围内。

所述微光纤-二维材料等离激元混合结构激光锁模器件包括基底、下封装层、二维材料薄膜、微光纤和上封装层，所述微光纤形成环形结光学谐振器且设置在二维材料薄膜的上表面，所述二维材料薄膜置于下封装层的上表面，所述下封装层下表面置于玻璃基底表面，所述上封装层对下封装层、二维材料薄膜、微光纤进行封装。其中，基底可选用玻璃基底。

所述封装层采用折射率低于石英光纤的聚合物，即上封装层和下封装层；优选为采用聚二甲基硅氧烷材料。

所述微光纤的腰部区域直径为2～10微米，长度为0.5～3厘米。

所述环形结光学谐振器中环的直径为100～5000微米。

所述二维材料薄膜的层数为单层或多层，二维材料包括但不限于石墨烯和过渡金属硫化物

所述上、下封装层的厚度为100～1000微米。

所述掺稀土离子增益光纤为掺镱、掺铒或掺铥光纤，优选掺铒单模光纤。

本发明还提出了一种二维材料集成结构锁模光纤激光器的构建方法，包括以下步骤：

S1：拉制微光纤：利用局部加热拉伸或者腐蚀的方法；

S2：制作微光纤环形结谐振器：结合精密电控位移台，将微光纤绕成环形结结构；

S3：在玻璃基底表面覆盖上一层聚合物膜作为下封装层；