亚微秒q开关Er-Doped全光纤环形激光器基于黑磷

文摘

黑磷(BP),一个新的二维(2 d)材料,已深深为广泛的应用在电子和光电开发由于其相似的物理结构石墨烯和厚度依赖直接带隙。在这里,我们显示出亚微秒被动q开关Er-doped光纤激光器与BP饱和吸收体(SA)。英国石油饱和吸收体是机械剥离法臆造出来的。通过充分利用超快弛豫时间BP-SA和精心设计的紧凑的环形腔,我们获得了稳定的q开关脉冲输出最短持续时间缩小742 ns。随着泵浦功率、脉冲重复率几乎线性累积逐步从9.78到61.25 kHz,以较低的泵浦功率和脉冲持续时间下降迅速政权和留存近似固定在高泵浦功率政权从3.05到0.742μ年代。实验结果表明,可以有效的SA BP-SA纳秒q开关脉冲的一代。

1。介绍

脉冲光纤激光器已被广泛应用于各种应用程序范围内加工、材料处理、环境遥感、医学、激光加工、光纤传感器,远程光通信。最常见的光纤激光器的脉冲生成方法包括q开关和锁模技术1- - - - - -6]。有两种类型的q开关的方法:主动和被动。其中,基于饱和吸收体被动q开关技术(SA)取得了举世瞩目的进步的紧凑、成本低、灵活,等等。自从Nd:玻璃(SA)的第一代于1966年成功地用于脉冲生成(7),各种各样的SAs集约开发,如半导体可饱和吸收镜(SESAMs) [8,9),碳纳米管(碳纳米管)10- - - - - -13),石墨烯(14- - - - - -18],拓扑绝缘体(TI) [19,20.,过渡金属Dichalcogenides (tmd) [21- - - - - -24]。SESAMs利用在大多数商用激光系统对高灵活性和稳定性。然而,SESAMs相对狭窄操作带宽,需要复杂的制造和包装(1]。最近,研究宽带SAs基于问或石墨烯呈现爆炸性发展为广泛的操作带宽、超快的恢复时间,低饱和磁化强度、低成本、和容易制造(10- - - - - -18]。尽管如此,他们仍有一些缺点。碳纳米管敏感的光谱响应范围取决于他们的直径和手性,限制了其实际应用在特定的波长或宽带站得住脚13]。,石墨烯具有相对较弱的光学吸收(~ 2.3% /层(20.)由于其无间隙的能带结构,限制了其在光纤激光器中的应用。另一个二维材料,过渡金属dichalcogenides (tmd)(金属氧化物半导体₂(21),WS₂(22),摩斯₂(23,24]等)开发与高性能饱和吸收体(21]。尽管他们有更高的光学吸收特定波长的光响应主要位于可见区域由于其相对大带隙(MoS ~ 1.8 eV₂,对WS ~ 2.1 eV₂摩斯,~ 1.7 eV₂)[25,26]。

最近,另一个2 d材料,黑磷(BP),重新发现了各种应用程序在电子和光电27]。其结构类似于石墨烯,个人通过范德华相互作用原子层堆叠在一起。英国石油公司layer-dependent直接电子带隙可调从0.3 ~(散装)~ 2 eV(单层)28),覆盖几乎整个附近和中红外波长。因此英国石油(BP)可以被视为一个重大好处材料超快光子和高频光电红外波长。最近,研究密切关注其非线性光学响应和使用它作为SA在激光29日- - - - - -31日]。即使是(32)显示了BP一样短的恢复时间26日fs(比其他SAs上面提到的更短),揭示超快脉冲产生的巨大潜力。

也在本文中,我们关注的能力,英国石油(BP)在超短脉冲生成和演示一个亚微秒q开关脉冲紧凑Er-doped全光纤环形激光器。英国石油公司准备的材料机械剥离法和作为一个有效的短SA q开关脉冲的一代。后将这BP-SA插入设计紧凑Er-doped光纤激光器,我们实现了稳定的q开关脉冲输出。我们获得的狭隘的q开关脉冲短742 ns。实验结果显示,英国石油公司的潜力狭窄的q开关脉冲的一代。

2。实验装置和结果

黑基于磷SA是由机械剥离法,其细节已被证明在30.]。实现亚微秒q开关脉冲,可以采用超短激光腔。我们设计了一个特别紧凑的全光纤环形腔,如图1(一)与光学集成装置的联合功能波分多路(WDM) polarization-insensitive隔离器(PI-ISO),和10%的输出耦合器(OC)。总空腔长度是4.7米和0.95米高掺掺铒光纤(EDF, nlight呃80 - 8/125)作为增益介质。其他标准单模光纤(SMF-28)。975纳米的激光泵浦激光二极管(LD)和最大功率500千瓦。BP-SA是纳入法国电力公司(EDF)之间的空腔和集成设备。没有任何额外的组件在这个光纤激光器。输出的特点是一个光学频谱分析仪(安藤aq - 6317 b)和一个实时示波器的带宽4 GHz(安捷伦抛光工艺。DSO9404A)结合5 GHz光电探测器(Thorlabs SIR5)。

没有BP-SA设备,中央波长位于1600 nm,表明光学集成器件具有低插入损耗。在这种情况下,我们不能得到q开关运行状态无论我们如何调整泵浦功率和应用压力对纤维(相应地改变纤维双折射光的极化率控制腔)。BP-SA设备引入腔后,稳定的q开关输出可以获得一次泵功率超过40 mW。图1 (b)显示了典型的q开关频谱与轻微的调制。中心波长为1557.9 nm。随着泵浦功率增加,q开关脉冲的持续时间逐渐减少。在马克斯可展现的泵浦功率160兆瓦的电力,我们获得最小脉冲宽度窄742 ns如图1 (c)。值得注意的是,增加泵浦功率160 mW以上,q开关状态变得不稳定,最终消失。

此外,我们还测量了脉冲的演化过程与泵浦功率增加确认q开关操作状态,如图2。可以看到,随着泵浦功率增加从40到160兆瓦,平均输出功率从198年几乎线性增加μW至2.43兆瓦,但脉冲能量波动在20.2和40.8之间新泽西。同时,脉冲重复率逐渐星盘中也几乎线性从9.78到61.25 kHz,以较低的泵浦功率和脉冲持续时间下降迅速政权和保持大约维持在高权力政权从3.05到0.742μ年代。这些整个匹配与典型的q开关状态确认其操作状态。

3所示。结论

总之,我们专注于英国石油公司的能力在超短脉冲生成和演示一个亚微秒q开关脉冲紧凑Er-doped全光纤环形激光器。英国石油公司准备的材料机械剥离法和作为一个有效的短SA q开关脉冲的一代。它有狭窄的q开关脉冲短742 ns。随着泵浦功率、脉冲重复率几乎线性累积逐步从9.78到61.25 kHz,以较低的泵浦功率和脉冲持续时间下降迅速政权和留存近似固定在高泵浦功率政权从3.05到0.742μ年代。实验结果表明,可以有效的SA BP-SA纳秒q开关脉冲的一代。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突有关的出版。

确认

作者要感谢支持从中国的国家自然科学基金(批准号。61575127,61575127,61505117),广东省自然科学基金(批准号2016 a030310065和2014 a030310279),广东省科技计划项目(批准号2016 b050501005),广东省教育委员会(批准号2016 kcxtd006和2015 kqncx146)。

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