[发明专利]一种基于三维狄拉克半金属可饱和吸收体的脉冲状态可调激光器

说明书

基于三维狄拉克半金属可饱和吸收体的脉冲状态可调激光器，包括参数可主动调控的三维狄拉克半金属可饱和吸收器、激光谐振腔以及实时反馈调整电路模块；激光谐振腔内，参数可主动调控的三维狄拉克半金属可饱和吸收器直接决定着激光器输出的脉冲特性，在实时反馈调整电路模块的辅助下，实时调整自身可饱和吸收器参数，确保激光器具有优异的启动性能以及脉冲稳定性，实现锁模脉冲输出脉宽的调节，甚至是锁模脉冲与调Q脉冲之间的灵活切换；所述的参数可主动调控的三维狄拉克半金属可饱和吸收器具有反射型和透射型两种形式；在实时反馈调整电路模块的辅助下，实时调整自身非线性参数。

技术领域

本发明涉及一种脉冲状态可调光纤激光器，该激光器主要通过实时反馈调控谐振腔内三维狄拉克半金属可饱和吸收体的非线性参数实现，属于激光器技术领域。

背景技术

脉冲激光器因其峰值功率高、结构紧凑、可操作性好等特点，使其在加工、光通信、生物医学、科学研究以及军事领域都有很大的应用前景。调Q和锁模是实现脉冲激光输出的两种主要技术。调Q脉冲激光器输出状态与泵浦功率直接相关，重复频率在～kHz量级，脉冲宽度在～ns量级，其具有较高的单脉冲能量，应用范围主要体现在打标、工业切割以及军事制导等方面；锁模脉冲激光器的输出重复频率取决于谐振腔长度，在～MHz量级，其输出脉冲宽度较窄，在ps或fs量级，其具有极高的峰值功率，同时相应的热效应较小，因此特别适合应用在工业精密加工、生物医学以及科学研究等方面。

可饱和吸收体件作为脉冲激光产生的关键元件，可分别应用到调Q和锁模脉冲激光器中，其非线性参数对激光器的启动以及最终工作状态起到决定性的作用。根据已有报道，调Q激光器一般选择载流子恢复时间长、调制深度小的可饱和吸收体件，而锁模脉冲激光器中更倾向于使用载流子恢复时间短(＜ps)、调制深度大的可饱和吸收体件。已有报道表明，可饱和吸收体件的调制深度对锁模激光器的自启动特性以及脉冲稳定性具有一定影响，较大的调制深度，不仅可以减少锁模脉冲的自启动时间，而且可以提高自启动的成功率以及脉冲稳定性，避免锁模激光器工作中不稳定现象的发生。另外，适当调整可饱和吸收体的调制深度，也可以对激光器的输出脉宽进行微调，从而使得激光器更加灵活。

三维狄拉克半金属由于其能带的导带和价带在狄拉克点接触，并且在三维动量空间中表现出线性色散关系，可以看成是石墨烯的三维形式或是无能隙的拓扑半金属态，因此，理论上其光吸收范围可以跨越整个中红外光谱范围。基于该材料的可饱和吸收体件具有工作光谱范围宽、结构稳定、可高质量生产等优势。

现有的技术不足是，随着各行业对脉冲激光器需求的不断增加，也对脉冲激光器的性能以及适应性提出更高的要求，对于目前基于可饱和吸收体件的脉冲激光器而言，由于可饱和吸收体本身非线性参数的不可控性，导致激光器在自启动特性以及输出脉宽等方面的调整空间极小，限制了脉冲激光器的应用范围。

发明内容：

本发明要解决的技术问题是提供一种脉冲状态可调光纤激光器。本发明基于非线性参数可主动调控的三维狄拉克半金属可饱和吸收体以及脉冲实时反馈调整电路模块，在主动控制源的作用下，改变三维狄拉克半金属可饱和吸收体的非线性参数，不仅可以提高脉冲激光器的自启动性能，而且可以调控输出脉冲宽度，甚至是实现锁模和调Q脉冲之间的灵活切换，使得该激光器系统具有较高的可靠性以及更好的适应性。

实现本发明目的技术的解决方案为：一种基于三维狄拉克半金属可饱和吸收体的脉冲状态可调激光器，包括参数可主动调控的三维狄拉克半金属可饱和吸收体、激光谐振腔以及实时反馈调整电路模块；激光谐振腔内，参数可主动调控的三维狄拉克半金属可饱和吸收体直接决定着激光器输出的脉冲特性，在实时反馈调整电路模块的辅助下，实时调整自身可饱和吸收体参数，不仅可以确保激光器具有优异的启动性能以及脉冲稳定性，而且可以实现锁模脉冲输出脉宽的调节，甚至是锁模脉冲与调Q脉冲之间的灵活切换。所述的三维狄拉克半金属可饱和吸收体主要包括砷化镉(Cd3As2)和铋化钠(Na3Bi)、铋化钾(K3Bi)和铋化铷(Rb3Bi)等材料形成的可饱和吸收体。