二維半導(dǎo)體可飽和吸收鏡及其制備方法、脈沖光纖激光器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及激光器技術(shù)領(lǐng)域，提供了一種二維半導(dǎo)體可飽和吸收鏡，包括光纖、附在所述光纖端面的二維半導(dǎo)體薄膜及附在所述二維半導(dǎo)體薄膜上的金膜。本發(fā)明還提供了所述二維半導(dǎo)體可飽和吸收鏡的制備方法，包括以下步驟：將光纖進(jìn)行切割；將切割后的光纖及二維半導(dǎo)體靶材置于真空室中，將所述二維半導(dǎo)體等離子體沉積在光纖端面上，形成二維半導(dǎo)體薄膜，通過(guò)控制沉積時(shí)間及/或沉積溫度，使所述二維半導(dǎo)體薄膜達(dá)到所需厚度；在所得二維半導(dǎo)體薄膜上鍍金膜。本發(fā)明的這種新型二維半導(dǎo)體可飽和吸收鏡由光纖端面、二維半導(dǎo)體薄膜及金膜組成，具有高損傷閾值，而且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉，可靠性高。
【專利說(shuō)明】
二維半導(dǎo)體可飽和吸收鏡及其制備方法、脈沖光纖激光器
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于激光器技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種二維半導(dǎo)體可飽和吸收鏡及其制備方法以及一種脈沖光纖激光器。
【背景技術(shù)】
[0002]利用被動(dòng)鎖模技術(shù)是光纖激光器實(shí)現(xiàn)超快脈沖輸出的一種有效途徑，而被動(dòng)鎖模的關(guān)鍵技術(shù)是光纖激光器諧振腔中需要具備可飽和吸收效應(yīng)。本領(lǐng)域研究人員已經(jīng)利用多種可飽和吸收效應(yīng)在光纖激光器中獲得被動(dòng)鎖模超快脈沖輸出。一般來(lái)說(shuō)，為了克服光纖激光鎖模環(huán)境不穩(wěn)定的缺點(diǎn)，研究人員通常采用半導(dǎo)體可飽和吸收鏡(SESAM)來(lái)實(shí)現(xiàn)光纖激光器鎖模超快脈沖輸出。然而，由于商用SESAM價(jià)格昂貴、制作工藝復(fù)雜、可飽和吸收帶寬窄、一般僅支持皮秒級(jí)別的脈沖輸出，并且損傷閾值也較低，所以也不適用于全方位研究超快光纖激光器的動(dòng)力學(xué)特性。因此，研制出成本低廉、工藝簡(jiǎn)單、高性能的可飽和吸收體一直是超快激光物理領(lǐng)域追求的目標(biāo)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種二維半導(dǎo)體可飽和吸收鏡及其制備方法以及一種脈沖光纖激光器，以解決現(xiàn)有的商用SESAM價(jià)格昂貴、制作工藝復(fù)雜、可靠性低、工作帶寬窄的缺陷。
[0004]本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的，一種二維半導(dǎo)體可飽和吸收鏡，包括光纖、附在所述光纖端面的二維半導(dǎo)體薄膜、附在所述二維半導(dǎo)體薄膜上的金膜。
[0005]本發(fā)明還提供了一種所述的二維半導(dǎo)體可飽和吸收鏡的制備方法，包括以下步驟:
[0006]將光纖進(jìn)行切割，形成光纖端面；
[0007]將切割后的光纖及二維半導(dǎo)體靶材置于真空室中，將二維半導(dǎo)體靶材表面電離化，產(chǎn)生二維半導(dǎo)體等離子體，所述二維半導(dǎo)體等離子體沉積在光纖端面上，形成二維半導(dǎo)體薄膜，通過(guò)控制沉積時(shí)間及/或沉積溫度，使所述二維半導(dǎo)體薄膜達(dá)到所需厚度；
[0008]在所得二維半導(dǎo)體薄膜上鍍金膜。
[0009]本發(fā)明還提供了一種脈沖光纖激光器，包括半導(dǎo)體栗浦激光器、光學(xué)耦合器、諧振腔;所述半導(dǎo)體栗浦激光器產(chǎn)生的栗浦光經(jīng)所述光學(xué)耦合器耦合進(jìn)入所述諧振腔，所述諧振腔內(nèi)上述所述的二維半導(dǎo)體可飽和吸收鏡，所述二維半導(dǎo)體可飽和吸收鏡對(duì)進(jìn)入所述諧振腔內(nèi)的信號(hào)光進(jìn)行調(diào)制，產(chǎn)生脈沖激光。
[0010]有益效果:本發(fā)明提供的二維半導(dǎo)體可飽和吸收鏡由光纖端面、二維半導(dǎo)體薄膜及金膜組成，具有高損傷閾值，在使用時(shí)不易損壞;在制備時(shí)可以批量制備，且成本低廉，可推廣性強(qiáng)；同時(shí)因集成在光纖端面上，在使用過(guò)程中只需將該器件直接熔接到光纖激光系統(tǒng)中即可，使用方便且具有高可靠性高。這些特點(diǎn)使得采用這種二維半導(dǎo)體可飽和吸收鏡制備而成的脈沖光纖激光器，具有全光纖化、高可靠性的優(yōu)點(diǎn)。所述脈沖光纖激光器可以經(jīng)過(guò)脈沖放大裝置，適合應(yīng)用于作為放大器的種子源，而且易于制備成產(chǎn)品，并進(jìn)行成果轉(zhuǎn)化。
【附圖說(shuō)明】
[0011]圖1是本發(fā)明實(shí)施例提供的二維半導(dǎo)體可飽和吸收鏡I的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0012]圖2是本發(fā)明實(shí)施例提供的二維半導(dǎo)體可飽和吸收鏡I的制備方法流程示意圖；
[0013]圖3是本發(fā)明實(shí)施例提供的脈沖光纖激光器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0014]圖4是本發(fā)明實(shí)施例提供的另一種具有自放大功能的脈沖光纖激光器的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0015]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
[0016]如圖1所示，本發(fā)明提供了一種二維半導(dǎo)體可飽和吸收鏡10，包括光纖100、附在光纖端面的二維半導(dǎo)體薄膜101及附在二維半導(dǎo)體薄膜101上的高反射膜102。其中，光纖可采用單模光纖、保偏光纖、高增益有源光纖(如摻鉺光纖、摻鐿光纖、摻銩光纖、摻鈥光纖、摻鐠光纖、摻鉍光纖)、或有源ZBLAN光纖。
[0017]二維半導(dǎo)體薄膜丨O丨的材料可采用硫化銅、黑磷、砸化鎵、碲化鎵、硫化鎵、砸化鍺、
二碲化鎢、二碲化鉬、二硫化鉿、二砸化鉿、二砸化鈷、二碲化鈷、二砸化錸、二碲化錸、二硫化錫、二砸化錫、二硫化鈮、二砸化鈮、二硫化鈦、二砸化鈦、二硫化鉭、二砸化鉭、二硫化鋯、二碲化鋯、硫化鉍、砸化鉍、碲化鉍中的任意一種，或交替生長(zhǎng)的任意兩種材料構(gòu)成的異質(zhì)結(jié)超晶格。
[0018]高反射膜102采用具有極高反射率的金膜，所述金膜的厚度不低于500nm，優(yōu)選500-1000nm。高反射膜102相當(dāng)于一個(gè)高反射鏡，同時(shí)能防止二維半導(dǎo)體薄膜被空氣中的氧氣氧化以及水蒸氣侵蝕，因而起到保護(hù)作用。
[0019]這種二維半導(dǎo)體可飽和吸收鏡10的工作原理是，將其作為激光器的一個(gè)提供調(diào)制的高反射鏡。當(dāng)諧振腔內(nèi)的激光被該二維半導(dǎo)體可飽和吸收鏡I反射時(shí)，激光可被二維半導(dǎo)體可飽和吸收鏡10調(diào)制，實(shí)現(xiàn)調(diào)Q或鎖模。這種二維半導(dǎo)體可飽和吸收鏡10具有高損傷閾值，對(duì)光進(jìn)行寬帶調(diào)制的同時(shí)可作為光的反射鏡，可用于激光系統(tǒng)中脈沖激光產(chǎn)生的關(guān)鍵器件。
[0020]如圖2所示，本發(fā)明實(shí)施例還提供了一種二維半導(dǎo)體可飽和吸收鏡的制備方法，包括如下步驟:
[0021 ] S1:對(duì)光纖進(jìn)行垂直切割，得到平整干凈的光纖端面；
[0022]S2:將切割后的光纖及二維半導(dǎo)體靶材置于真空室中，將二維半導(dǎo)體靶材表面電離化，以產(chǎn)生二維半導(dǎo)體等離子體，所述二維半導(dǎo)體等離子體沉積在光纖端面上，形成二維半導(dǎo)體薄膜;控制沉積時(shí)間及/或沉積溫度，使所述二維半導(dǎo)體薄膜達(dá)到所需厚度。
[0023]S3:在所得二維半導(dǎo)體薄膜上鍍金膜。
[0024]具體地，步驟SI中可通過(guò)光纖切割刀進(jìn)行切割，切割時(shí)應(yīng)注意確保光纖端面平整。
[0025]具體地，步驟S2中在所述光纖上鍍上二維半導(dǎo)體薄膜的過(guò)程具體為:將切割后的光纖和二維半導(dǎo)體靶材置于真空室中的交流靶位中。將光纖及二維半導(dǎo)體靶材置于真空室中時(shí)應(yīng)注意保持光纖端面與二維半導(dǎo)體靶材對(duì)準(zhǔn)，以確保后續(xù)步驟中電離的二維半導(dǎo)體等離子體能夠良好地沉積在光纖端面上。將二維半導(dǎo)體靶材表面電離化以產(chǎn)生二維半導(dǎo)體等離子體，并將二維半導(dǎo)體等離子體沉積在光纖端面上，形成過(guò)二維半導(dǎo)體薄膜。
[0026]具體地，步驟S3中在所得二維半導(dǎo)體薄膜上鍍金膜時(shí)，將金靶材放置于真空室的直流靶位中。
[0027]具體實(shí)施時(shí)，在步驟S2中可采用磁控濺射法或脈沖射頻沉積法將二維半導(dǎo)體靶材表面電離后形成等離子體，并使等離子體沉積到光纖端面上，形成二維半導(dǎo)體薄膜。在沉積過(guò)程中，通過(guò)控制沉積時(shí)間或沉積溫度等參數(shù)都能控制沉積的二維半導(dǎo)體薄膜厚度;也可選擇任意兩種材料交替生長(zhǎng)，構(gòu)成異質(zhì)結(jié)超晶格。
[0028]本發(fā)明提供的二維半導(dǎo)體可飽和吸收鏡的制備方法，利用磁控濺射法或脈沖射頻沉積法，制備過(guò)程簡(jiǎn)單，可大批量生產(chǎn)。同時(shí)在沉積過(guò)程中，通過(guò)控制沉積的溫度、時(shí)間等可以控制沉積的二維半導(dǎo)體薄膜的厚度和均勻性，從而可大批量生產(chǎn)，并使制作的二維半導(dǎo)體可飽和吸收鏡規(guī)格一致;制備出的二維半導(dǎo)體可飽和吸收鏡帶寬可從可見(jiàn)光拓展到紅外光。所制備的二維半導(dǎo)體可飽和吸收鏡由光纖端面、二維半導(dǎo)體薄膜及金膜組成，具有高損傷閾值，而且在使用時(shí)不易損壞;在制備時(shí)可以批量制備，且成本低廉，可推廣性強(qiáng)；同時(shí)因集成在光纖端面上，在使用過(guò)程中只需將該器件直接熔接到光纖激光系統(tǒng)中即可，因此使用方便且具有高可靠性高。這些特點(diǎn)使得采用這種二維半導(dǎo)體可飽和吸收鏡制備而成的脈沖光纖激光器，具有全光纖化、高可靠性的優(yōu)點(diǎn)，所研制的脈沖光纖激光器可以經(jīng)過(guò)脈沖放大裝置，適合應(yīng)用于作為放大器的種子源。易于制備成產(chǎn)品，并進(jìn)行成果轉(zhuǎn)化。
[0029]如圖3所示，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種脈沖光纖激光器，為線性腔結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)包括半導(dǎo)體栗浦激光器1、光學(xué)耦合組件2、諧振腔。其中，諧振腔包括高增益有源光纖3、光纖光柵4、由上述方法制備的二維半導(dǎo)體可飽和吸收鏡5以及光隔離器6。其中光學(xué)耦合組件2可采用波分復(fù)用器。
[0030]這種脈沖光纖激光器的原理是，半導(dǎo)體栗浦激光器I產(chǎn)生的栗浦光經(jīng)光學(xué)耦合組件2耦合進(jìn)入諧振腔，并為有源光纖3提供增益，經(jīng)過(guò)諧振腔的振蕩進(jìn)而產(chǎn)生激光。二維半導(dǎo)體可飽和吸收鏡5對(duì)激光調(diào)制，進(jìn)而產(chǎn)生激光脈沖。具體地，可飽和吸收鏡5可通過(guò)二維半導(dǎo)體薄膜101或102給諧振腔提供可飽和吸收調(diào)制，實(shí)現(xiàn)脈沖激光的自啟動(dòng)。脈沖激光經(jīng)光學(xué)親合器2和光隔離器6輸出。
[0031]具體地，光纖光柵5可為布拉格光纖光柵、或啁啾光纖光柵，所述光纖光柵對(duì)栗浦光具有高透過(guò)率，但對(duì)激光具有一定反射率，所述反射率的取值范圍為10-99%。所述光纖光柵相當(dāng)于一個(gè)光纖型的反射鏡，能夠?qū)馓峁┓答?，光纖光柵與可飽和吸收鏡構(gòu)成了激光器的諧振腔。有源光纖是激光器的增益介質(zhì)。
[0032]如圖4所示，本發(fā)明還提供了另一種具有自放大功能的脈沖光纖激光器，包括:半導(dǎo)體栗浦激光器1、光學(xué)耦合組件2、諧振腔、放大器7。該諧振腔為線性腔結(jié)構(gòu)，包括高增益有源光纖3、如上所述的二維半導(dǎo)體可飽和吸收鏡4、光纖光柵5。所述放大器7的組件為高增益有源光纖。具體地，光纖光柵5可為布拉格光纖光柵、或啁啾光纖光柵，所述光纖光柵對(duì)栗浦光具有高透過(guò)率，但對(duì)激光具有一定反射率(取值范圍為10 %到99% )，光纖光柵5直接寫制在高增益有源光纖3上，其一側(cè)是作為諧振腔內(nèi)的高增益有源光纖3，另一側(cè)是放大器的高增益有源光纖7。光隔離器6能防止脈沖激光的反饋。
[0033]所述的脈沖光纖激光器具有全光纖化、高可靠性等優(yōu)點(diǎn)，既適于成果轉(zhuǎn)化，又具有廣泛的應(yīng)用前景。
[0034]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種二維半導(dǎo)體可飽和吸收鏡，其特征在于，包括光纖、附在所述光纖端面的二維半導(dǎo)體薄膜及附在所述二維半導(dǎo)體薄膜上的金膜。2.如權(quán)利要求1所述的二維半導(dǎo)體可飽和吸收鏡，其特征在于，所述光纖為單模光纖、保偏光纖、高增益有源光纖或有源ZBLAN光纖。3.如權(quán)利要求1所述的二維半導(dǎo)體可飽和吸收鏡，其特征在于，所述二維半導(dǎo)體薄膜的材料為:硫化銅、砸化嫁、蹄化嫁、硫化嫁、砸化錯(cuò)、一■蹄化媽、一■蹄化鑰、一■硫化給、一■砸化鉿、二砸化鈷、二碲化鈷、二砸化錸、二碲化錸、二硫化錫、二砸化錫、二硫化鈮、二砸化鈮、二中的硫化鈦、二砸化鈦、二硫化鉭、二砸化鉭、二硫化鋯、二碲化鋯、硫化鉍、砸化鉍、碲化鉍中的任意一種或兩種。4.如權(quán)利要求3所述的二維半導(dǎo)體可飽和吸收鏡，其特征在于，所述任意兩種材料構(gòu)成的二維半導(dǎo)體薄膜為兩種材料交替生長(zhǎng)構(gòu)成的異質(zhì)結(jié)超晶格。5.如權(quán)利要求1所述的二維半導(dǎo)體可飽和吸收鏡，其特征在于，所述金膜的厚度為500-1OOOnm06.如權(quán)利要求1所述的二維半導(dǎo)體可飽和吸收鏡的制備方法，其特征在于，包括以下步驟: 將光纖進(jìn)行切割； 將切割后的光纖及二維半導(dǎo)體靶材置于真空室中，將二維半導(dǎo)體靶材表面電離化以產(chǎn)生二維半導(dǎo)體等離子體，使得所述二維半導(dǎo)體等離子體沉積在光纖裸露出的端面上，形成二維半導(dǎo)體薄膜，通過(guò)控制沉積時(shí)間及/或沉積溫度，使所述二維半導(dǎo)體薄膜達(dá)到所需厚度； 在所得二維半導(dǎo)體薄膜上鍍金膜。7.—種脈沖光纖激光器，其特征在于，包括半導(dǎo)體栗浦激光器、光學(xué)耦合器、諧振腔;所述半導(dǎo)體栗浦激光器產(chǎn)生的栗浦光經(jīng)所述光學(xué)耦合器耦合進(jìn)入所述諧振腔，所述諧振腔內(nèi)包括權(quán)利要求1?5中任意一項(xiàng)所述的二維半導(dǎo)體可飽和吸收鏡，所述二維半導(dǎo)體可飽和吸收鏡對(duì)進(jìn)入所述諧振腔內(nèi)的信號(hào)光進(jìn)行調(diào)制，產(chǎn)生脈沖激光。8.如權(quán)利要求7所述的脈沖光纖激光器，其特征在于，所述諧振腔內(nèi)還包括有源光纖、光纖光柵;所述栗浦光經(jīng)所述光學(xué)耦合器耦合進(jìn)入所述諧振腔，為所述有源光纖提供增益，使所述諧振腔產(chǎn)生激光;所述激光經(jīng)所述二維半導(dǎo)體可飽和吸收鏡調(diào)制，在所述諧振腔內(nèi)諧振并產(chǎn)生脈沖激光。9.如權(quán)利要求8所述的脈沖光纖激光器，其特征在于，所述脈沖光纖激光器還包括放大器和光隔離器;所述產(chǎn)生的脈沖激光再進(jìn)入放大器被放大，經(jīng)所述光學(xué)耦合器、光隔離器輸出激光脈沖。10.如權(quán)利要求8所述的脈沖光纖激光器，其特征在于，所述光纖光柵為布拉格光纖光柵或啁啾光纖光柵。
【文檔編號(hào)】H01S3/067GK105896258SQ201610429328
【公開(kāi)日】2016年8月24日
【申請(qǐng)日】2016年6月16日
【發(fā)明人】閆培光, 陳浩, 邢鳳飛, 丁金妃
【申請(qǐng)人】深圳大學(xué)