[发明专利]一种利用锥形光纤倏逝场的微结构锁模器件及其生产工艺

摘要

本发明请求保护一种利用锥形光纤倏逝场作用可饱和吸收纳米材料的微结构锁模器件及其生产工艺，属于激光技术和非线性光学领域。主要由普通单模光纤、毛细玻璃管、可饱和吸收纳米材料、折射率匹配液和紫外线胶水等组成的微结构区。本发明通过毛细玻璃套管把锥形光纤和折射率匹配液与可饱和吸收纳米材料均匀混合的凝胶液包裹在其内，而两端使用紫外线胶水进行密封，最终形成一个微结构锁模器件。本发明的原理是利用锥形光纤束腰部位产生的倏逝场与可饱和吸收纳米材料之间的非线性吸收作用完成对通过光束的整形。本发明的整个结构实现了全光纤化，具有结构简单、环境稳定性好和不易受到外界污染等优点，易于实现产业化应用。

主权项

1.一种利用锥形光纤倏逝场的微结构锁模器件，其特征在于，包括：普通单模光纤纤芯(1)、普通单模光纤包层(2)、毛细玻璃管(3)、折射率匹配液与可饱和吸收纳米材料均匀混合的凝胶液(4)、紫外线胶水(5)、锥形光纤左半边过渡区(6)、锥形光纤锥腰区域(7)及锥形光纤右半边过渡区域(8)；其中普通单模光纤纤芯(1)包层(2)形成光传输波导，所述普通单模光纤包层(2)与毛细玻璃管(3)邻接，所述毛细玻璃管(3)套接在锥形光纤的左半边过渡区(6)、锥形光纤锥腰区域(7)及锥形光纤右半边过渡区域(8)上；毛细玻璃管(3)用于封装固定锥形区域，普通单模光纤纤芯(1)和普通单模光纤包层(2)形成光传输的波导介质，用于光的输出；折射率匹配液与可饱和吸收纳米材料均匀混合的凝胶液(4)用于与锥形光纤束腰区域(7)形成的倏逝场作用，对通过的光束进行整形；紫外线胶水(5)用于封闭毛细玻璃管的两端，防止外界环境使纳米材料氧化；锥形光纤左半边过渡区(6)、锥形光纤锥腰区域(7)及锥形光纤右半边过渡区域(8)用于光在低损耗通过的前提下形成一个稳定的倏逝场；

所述锥形光纤锥腰区域(7)处被包裹在折射率匹配液与可饱和吸收纳米材料均匀混合的凝胶液内；所述毛细玻璃管两端被紫外线胶水密封；所述光纤贯穿毛细玻璃管并在其两端形成一定长度的尾纤作为与其他器件或系统耦合的输入/输出端口。

2.根据权利要求1所述的一种利用锥形光纤倏逝场的微结构锁模器件，其特征在于，所述锥形光纤锥腰区域(7)的直径介于1μm‑10μm之间。

3.根据权利要求1所述的一种利用锥形光纤倏逝场的微结构锁模器件，其特征在于，锥形光纤的锥腰区域(7)的长度介于0.5cm‑3cm之间。

4.根据权利要求1所述的一种利用锥形光纤倏逝场的微结构锁模器件，其特征在于，所述锥形光纤左半边过渡区(6)及锥形光纤右半边过渡区域(8)的长度均为1cm‑5cm。

5.根据权利要求1所述的一种利用锥形光纤倏逝场的微结构锁模器件，其特征在于，所述毛细玻璃管(3)内径为0.5mm‑10mm之间，所述毛细玻璃管(3)长度介于80mm‑160mm之间。

6.根据权利要求1所述的一种利用锥形光纤倏逝场的微结构锁模器件，其特征在于，所述折射率匹配液折射率介于1‑1.5之间。

7.根据权利要求1所述的一种利用锥形光纤倏逝场的微结构锁模器件，其特征在于，所述可饱和吸收纳米材料包括石墨烯、单/双壁碳纳米管、过渡金属硫化物、金/银纳米管、拓扑绝缘体、黑磷。

8.根据权利要求7所述的一种利用锥形光纤倏逝场的微结构锁模器件，其特征在于，所述可饱和吸收材料的尺寸均在微米或纳米级别。

9.根据权利要求7或8所述的一种利用锥形光纤倏逝场的微结构锁模器件，其特征在于，所述折射率匹配液与可饱和吸收纳米材料均匀混合的凝胶液(4)的质量配比介于1‑50。

10.一种利用锥形光纤倏逝场的微结构锁模器件生产工艺，其特征在于，包括以下步骤：

首先，准备一根长约为1m的普通单模光纤，纤芯直径为126μm，包层直径为9μm，对应的折射率分别为1.4513和1.4468；剥去此单模光纤中间段涂覆层3‑4cm后放置于光纤拉锥机，加以固定，光纤两端分别外接光源和光功率计，经氢氧焰加热并控制步进机进行拉锥，获得满足要求的拉锥长度和输出损耗后，停止拉锥；

再用内径为0.9mm、外径为1.2mm、长度为100mm毛细玻璃管套上锥形区，通过折射率为1.30的折射率匹配液与纳米尺寸的石墨烯粉末按照质量比为20:1进行均匀配比，最后通过注射头填筑到锥形光纤锥腰区域，两端用紫外线胶水加以密封；

经拉锥后，锥形区总长度为80mm，单边过渡区长度30mm，锥腰直径为1μm，长度为20mm，插入损耗小于0.3dB，而加入混合液后插入损耗达到～2dB。