[发明专利]半导体可饱和吸收镜及其制备方法及光纤激光器

说明书

技术领域

本发明涉及激光器件技术领域，特别涉及用于光纤激光器和放大 器领域的锁模器件，具体涉及一种半导体可饱和吸收镜及其制备方法 及光纤激光器。

背景技术

光纤激光器用半导体激光器作为抽运光源，产生超短脉冲激光。 光纤激光器产生的脉冲以放大后的高能量脉冲在工业加工、医疗等领 域有非常重要的应用。稀土元素Yb掺杂的飞秒光纤激光器由于其高 增益和支持超短脉冲的宽波长带受到重视。最近的超短脉冲在微细加 工和医疗中的应用要求稳定的10μJ以上、脉宽＜500fs、重复频率大于 100kHz的激光脉冲。

常规的光纤激光器的锁模基于孤子效应，在激光谐振腔内呈反常 色散的情况下，光纤中的色散与非线性效应的平衡支持光孤子的产 生，光孤子是一种特殊的波包，它特殊的脉冲形状使其在传输的过程 中保持脉冲形状和宽度不变。基于孤子效应的锁模(简称孤子锁模) 需要快饱和启动机制，能实现振幅调制功能的器件称为可饱和吸收 体，它对光的吸收随强度的增加而降低，形成一个窄的净增益窗口， 激光腔利用它启动锁模，而这个可饱和吸收体对于脉冲的响应是即时 的，称为快饱和吸收启动锁模，例如非线性偏振旋转(NPE)、半导 体可饱和吸收镜。但在激光腔内仅仅依赖NPE调整出锁模状态是比 较费时的，尤其在高重复频率或者低重复频率的情况下，甚至不能自 启动锁模。

半导体可饱和吸收镜作为自启动器件，可不依赖于NPE机制而独 立在光纤激光器中锁模。在只装有半导体可饱和吸收镜的光纤激光器 中，半导体可饱和吸收镜吸收激光腔内的弱脉冲，而对腔内强脉冲吸 收很少，使得腔内只有一个脉冲获得较大增益而发展起来并最终稳 定。这种脉冲形成机制不需要色散补偿。

论文“1.5-μm monolithic GaInNAs semiconductor saturable- absorber mode locking of an erbium fiber laser，”(O.G.Okhotnikov，T. Jouhti，J.Konttinen，S.Karirinne，and M._Pessa，Opt.Lett.28，364-366 (2003))公开了一种高调制深度的半导体可饱和吸收镜可用于掺铒光 纤激光器锁模，脉宽是1.2ps，但该半导体可饱和吸收镜的反射率在布 拉格反射镜的反射带宽内有较大凹陷，使得自启动时容易出现调Q现 象，从而导致对该半导体可饱和吸收镜的光学破坏。

德国半导体可饱和吸收器件专业公司BATOP生产多种半导体可 饱和吸收镜。但其用于光纤激光器锁模的高调制深度的半导体可饱和 吸收镜都存在布拉格反射镜的反射带宽内的调制深度不一致的问题， 导致可锁模范围窄，并且有易受到光学破坏，寿命短的缺点。

发明内容

本发明的目的是提供一种吸收带宽较宽并在其吸收带宽范围内 调制深度一致性很高的高调制深度(简称高一致性宽带高调制深度) 的半导体可饱和吸收镜及其制备方法。本发明还提供一种实现锁模机 制的光纤激光器，其以半导体可饱和吸收镜作为各种腔型光纤激光器 的种子脉冲源的锁模机制，以得到稳定的脉冲输出，提高光纤激光器 的寿命。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

依照本发明实施方式的一种半导体可饱和吸收镜，其包括：衬底； 制作在所述衬底上的反射镜及制作在所述反射镜上的吸收层，

所述反射镜为由多对高低折射率层构成的布拉格反射镜；

所述吸收层包括若干个吸收子层，每一吸收子层同与其晶格匹配 的缓冲层交互生长，所述缓冲层为透明半导体层；所述吸收子层的厚 度相同。

优选地，每一吸收子层的厚度由所述缓冲层的折射率、吸收子层 的折射率实部和虚部、布拉格反射镜的反射带的中心波长来确定。

优选地，所述吸收子层的厚度满足下式：