色散薄膜、光纤插芯、色散腔镜、谐振腔装置及激光器

1.本公开涉及光学薄膜、超快激光技术领域，本公开尤其涉及一种色散薄膜、光纤插芯、色散腔镜、激光谐振腔装置及激光器。


背景技术：

2.ghz重复频率的超快激光在特种材料加工、多光子荧光成像、高速光通信系统以及天文光学频率梳等领域有重要的应用。
3.在特种材料加工方面，基于“烧蚀冷却”机制，利用该光源可以获得更高的加工精度；在双光子成像方面，利用该光源可以提升成像分辨率，以获得更清晰的微观图像；在天文探测领域，该光源具有高的单齿功率，可以提高测量准确度。目前，基于固体/晶体材料的增益介质构建的高重频激光器兼备高重频、窄脉宽的优势。相比而言，全光纤结构的激光器具有散热好，模式稳定和环境稳定等独特优势，更适合应用在一些特定环境中，但是目前高重频光纤激光仍面临脉冲宽度较宽难以压缩的“瓶颈”问题。
4.2017年报道的5ghz掺yb光纤激光器的脉冲宽度为2.6ps；2018年报道的3ghz掺yb光纤激光器对应的脉冲宽度为3.4ps；2019年报道的12.5ghz掺yb光纤激光器中测试的脉冲宽度为1.9ps。
5.可以看出，虽然在这些全光纤结构的激光器中实现了ghz重复频率的脉冲输出，但是对应的脉冲宽度集中在ps量级，这一定程度限制了此类光源在上述领域的应用。这个“瓶颈”问题的原因在于：根据锁模原理，要获得ghz量级重复频率的脉冲输出，激光谐振腔的腔长要缩短至厘米量级，短的谐振腔长度使得常用的实施色散管理的啁啾镜对、啁啾光栅等由于体积原因无法设置在腔内而失效，因此难以在如此短的谐振腔内实施色散管理以实现宽光谱和窄脉冲激光输出。
6.一些研究也做了其他尝试，例如在镜片上镀色散管理膜系插入到上述光纤激光器谐振腔内，并引入额外的器件实现空间光耦合，这导致了激光器全光纤化结构的损失，系统变得复杂且不稳定。


技术实现要素：

7.为了解决上述技术问题中的至少一个，本公开提供一种色散薄膜、光纤插芯、色散腔镜、激光谐振腔装置及激光器。
8.根据本公开的一个方面，提供一种色散薄膜，包括：
9.多个第一膜层，所述第一膜层具有第一折射率；
10.多个第二膜层，所述第二膜层具有第二折射率；
11.所述第一膜层与所述第二膜层交替地堆叠，以形成所述色散薄膜；
12.其中，所述第一折射率大于所述第二折射率；
13.所述色散薄膜的总厚度为微米级；
14.所述第一膜层的总厚度小于所述第二膜层的总厚度。
15.根据本公开的至少一个实施方式的色散薄膜，所述第一膜层优选为ta2o5、nb2o5、hfo2中的一种，所述第二膜层优选为sio2。
16.根据本公开的至少一个实施方式的色散薄膜，奇数层为第一膜层，偶数层为第二膜层，且所述色散薄膜的底层和顶层均为第一膜层。
17.根据本公开的至少一个实施方式的色散薄膜，所述色散薄膜的总厚度为7.803μm至8.292μm，所述第一膜层为ta2o5，所述第二膜层为sio2；
18.所述第一膜层和所述第二膜层的总层数为45层；
19.由底层至顶层，各个膜层分别对应的膜层厚度为：
20.132-141nm、244-252nm、141-152nm、194-201nm、136-155nm、203-212nm、145-173nm、210-220nm、138-148nm、197-207nm、130-140nm、192-202nm、129-136nm、173-202nm、134-144nm、205-207nm、140-163nm、204-216nm、132-144nm、220-228nm、169-179nm、217-227nm、141-158nm、202-204nm、127-138nm、197-207nm、139-142nm、204-208nm、135-145nm、200-210nm、135-145nm、211-212nm、153-167nm、235-245nm、137-144nm、188-201nm、136-156nm、202-212nm、147-163nm、223-229nm、144-154nm、196-206nm、131-141nm、275-285nm、160-171nm。
21.根据本公开的至少一个实施方式的色散薄膜，所述色散薄膜通过作为底层的所述第一膜层设置在光纤插芯的端面上。
22.根据本公开的至少一个实施方式的色散薄膜，所述第一膜层与所述第二膜层的形状均为圆片形状，且所述第一膜层的径向尺寸与所述第二膜层的径向尺寸相同。
23.根据本公开的至少一个实施方式的色散薄膜，基于等离子体溅射的方法实现多个所述第一膜层与多个所述第二膜层的交替堆叠。
24.根据本公开的另一个方面，提供一种光纤插芯，包括：
25.光纤插芯本体，所述光纤插芯本体具有第一端和第二端，所述第一端形成端面，所述第二端用于插入光纤；
26.本公开任一个实施方式的色散薄膜，所述色散薄膜设置在所述光纤插芯本体的所述端面上。
27.根据本公开的至少一个实施方式的光纤插芯，所述光纤插芯本体的所述端面与所述色散薄膜具有匹配的形状。
28.根据本公开的至少一个实施方式的光纤插芯，所述端面为经过研磨抛光处理的端面。
29.根据本公开的至少一个实施方式的光纤插芯，所述光纤插芯本体为陶瓷材质。
30.根据本公开的又一个方面，提供一种具有全光纤化结构的色散腔镜，包括：
31.本公开任一个实施方式的光纤插芯；
32.无源光纤，所述无源光纤通过所述光纤插芯本体的所述第二端插入所述光纤插芯本体。
33.根据本公开的又一个方面，提供一种激光谐振腔装置，包括：
34.第一插芯，所述第一插芯具有第一端和第二端，所述第一插芯的所述第一端形成端面；
35.第二插芯，所述第二插芯具有第一端和第二端，所述第二插芯的第一端与所述第
一插芯的第一端对接；
36.第三插芯，所述第三插芯具有第一端和第二端，所述第三插芯的第一端形成端面；
37.色散薄膜，所述色散薄膜设置在所述第一插芯的所述端面上；
38.增益光纤，所述增益光纤的两端分别插入所述第二插芯的第二端和所述第三插芯的第二端；
39.半导体可饱和吸收镜，所述半导体可饱和吸收镜设置在所述第三插芯的所述端面上；
40.其中，所述色散薄膜为本公开任一个实施方式的色散薄膜。
41.根据本公开至少一个实施方式的激光谐振腔装置，所述增益光纤的长度小于等于10cm，所述增益光纤的光纤纤芯中掺杂稀土离子，以实现短光纤长度即满足锁模阈值的光增益要求。
42.根据本公开至少一个实施方式的激光谐振腔装置，当所述增益光纤的长度小于等于3cm时，取消所述第三插芯，所述第二插芯的第二端形成端面，将所述半导体可饱和吸收镜设置在所述第二插芯的所述端面上。
43.根据本公开至少一个实施方式的激光谐振腔装置，所述增益光纤为单模光纤、保偏单模光纤、多模光纤或者双包层光纤。
44.根据本公开至少一个实施方式的激光谐振腔装置，所述增益光纤为掺杂一种稀土离子的光纤或者掺杂两种以上稀土离子的共掺形式光纤。
45.根据本公开至少一个实施方式的激光谐振腔装置，所述稀土离子为yb
3+
、er
3+
、tm
3+
或ho
3+
等。
46.根据本公开至少一个实施方式的激光谐振腔装置，还包括：
47.无源光纤，所述无源光纤插入所述第一插芯的所述第二端。
48.根据本公开至少一个实施方式的激光谐振腔装置，还包括：
49.陶瓷套管，所述陶瓷套管部分地套设在所述第一插芯上且部分地套设在所述第二插芯上，以固定所述第一插芯与所述第二插芯的对接。
50.根据本公开的又一个方面，提供一种激光器，包括本公开任一个实施方式的具有全光纤化结构的色散腔镜。
51.根据本公开的再一个方面，提供一种激光器，包括本公开任一个实施方式的激光谐振腔装置。
附图说明
52.附图示出了本公开的示例性实施方式，并与其说明一起用于解释本公开的原理，其中包括了这些附图以提供对本公开的进一步理解，并且附图包括在本说明书中并构成本说明书的一部分。
53.图1是本公开的一个实施方式的色散薄膜的结构示意图。
54.图2示出了本公开的一个实施方式的光纤插芯及具有全光纤化结构的色散腔镜。
55.图3是本公开的一个实施方式的激光谐振腔装置的结构示意图。
56.图4为本公开的实施例一中色散腔镜的透过率曲线图。
57.图5为本公开的实施例一中调控厚度时色散腔镜的透过率曲线图。
58.图6为本公开的实施例一中获得的1ghz飞秒激光光谱图。
59.图7为本公开的实施例一中获得的1ghz飞秒激光自相关曲线图。
60.图8为本公开的实施例二中获得的2.2ghz飞秒激光光谱图。
61.图9为本公开的实施例二中获得的2.2ghz飞秒激光自相关曲线图。
62.图10为本公开的实施例三中获得的3.3ghz飞秒激光光谱图。
63.图11为本公开的实施例三中获得的3.3ghz飞秒激光自相关曲线图。
64.图12为本公开的实施例三中获得的3.3ghz飞秒激光时域脉冲图。
具体实施方式
65.下面结合附图和实施方式对本公开作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于解释相关内容，而非对本公开的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本公开相关的部分。
66.需要说明的是，在不冲突的情况下，本公开中的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施方式来详细说明本公开的技术方案。
67.除非另有说明，否则示出的示例性实施方式/实施例将被理解为提供可以在实践中实施本公开的技术构思的一些方式的各种细节的示例性特征。因此，除非另有说明，否则在不脱离本公开的技术构思的情况下，各种实施方式/实施例的特征可以另外地组合、分离、互换和/或重新布置。
68.在附图中使用交叉影线和/或阴影通常用于使相邻部件之间的边界变得清晰。如此，除非说明，否则交叉影线或阴影的存在与否均不传达或表示对部件的具体材料、材料性质、尺寸、比例、示出的部件之间的共性和/或部件的任何其它特性、属性、性质等的任何偏好或者要求。此外，在附图中，为了清楚和/或描述性的目的，可以夸大部件的尺寸和相对尺寸。当可以不同地实施示例性实施例时，可以以不同于所描述的顺序来执行具体的工艺顺序。例如，可以基本同时执行或者以与所描述的顺序相反的顺序执行两个连续描述的工艺。此外，同样的附图标记表示同样的部件。
69.当一个部件被称作“在”另一部件“上”或“之上”、“连接到”或“结合到”另一部件时，该部件可以直接在所述另一部件上、直接连接到或直接结合到所述另一部件，或者可以存在中间部件。然而，当部件被称作“直接在”另一部件“上”、“直接连接到”或“直接结合到”另一部件时，不存在中间部件。为此，术语“连接”可以指物理连接、电气连接等，并且具有或不具有中间部件。
70.为了描述性目的，本公开可使用诸如“在
……
之下”、“在
……
下方”、“在
……
下”、“下”、“在
……
上方”、“上”、“在
……
之上”、“较高的”和“侧(例如，在“侧壁”中)”等的空间相对术语，从而来描述如附图中示出的一个部件与另一(其它)部件的关系。除了附图中描绘的方位之外，空间相对术语还意图包含设备在使用、操作和/或制造中的不同方位。例如，如果附图中的设备被翻转，则被描述为“在”其它部件或特征“下方”或“之下”的部件将随后被定位为“在”所述其它部件或特征“上方”。因此，示例性术语“在
……
下方”可以包含“上方”和“下方”两种方位。此外，设备可被另外定位(例如，旋转90度或者在其它方位处)，如此，相应地解释这里使用的空间相对描述语。
71.这里使用的术语是为了描述具体实施例的目的，而不意图是限制性的。如这里所
使用的，除非上下文另外清楚地指出，否则单数形式“一个(种、者)”和“所述(该)”也意图包括复数形式。此外，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”以及它们的变型时，说明存在所陈述的特征、整体、步骤、操作、部件、组件和/或它们的组，但不排除存在或附加一个或更多个其它特征、整体、步骤、操作、部件、组件和/或它们的组。还要注意的是，如这里使用的，术语“基本上”、“大约”和其它类似的术语被用作近似术语而不用作程度术语，如此，它们被用来解释本领域普通技术人员将认识到的测量值、计算值和/或提供的值的固有偏差。
72.图1是本公开的一个实施方式的色散薄膜的结构示意图。
73.参考图1，本公开的色散薄膜包括：
74.多个第一膜层，第一膜层具有第一折射率；
75.多个第二膜层，第二膜层具有第二折射率；
76.第一膜层与第二膜层交替地堆叠，以形成色散薄膜；
77.其中，第一折射率大于第二折射率；
78.色散薄膜的总厚度为微米级；
79.第一膜层的总厚度小于第二膜层的总厚度。
80.本公开的色散薄膜，通过上述结构设计，兼备了色散和二色分光功能。
81.参考图1，本公开的色散薄膜可以设置在光纤插芯的端面上，以端面为基底，交替地设置第一薄膜和第二薄膜，图1中以ta2o5作为第一薄膜，以sio2作为第二薄膜，形成了本公开优选实施方式的色散薄膜。
82.在本公开的一些实施方式中，第一膜层还可以是nb2o5、hfo2等，本领域技术人员在本公开技术方案的启示下，对第一膜层的材料和第二膜层的材料进行选择/调整，均落入本公开的保护范围。
83.图1中，白色膜层代表第一膜层(高折射率膜层ta2o5)，黑色膜层代表第二膜层(低折射率膜层sio2)。
84.参考图1，优选地，本公开的色散薄膜的奇数层为第一膜层，偶数层为第二膜层，且色散薄膜的底层和顶层均为第一膜层。
85.对于本公开的色散薄膜，优选地，第一膜层与第二膜层的形状均为圆片形状，且第一膜层的径向尺寸与第二膜层的径向尺寸相同。
86.参考图1，本公开的色散薄膜能够通过作为底层的第一膜层设置在光纤插芯的端面上。
87.本公开的色散薄膜，可以基于等离子体溅射的方法实现多个第一膜层与多个第二膜层的交替堆叠。
88.本公开的色散薄膜，可以基于所要获得的色散薄膜的中心波长及群速度延迟色散的具体要求，设定色散量、反射率、带宽目标值参数，进而对第一膜层和第二膜层的材质、层数、膜层随厚度的分布进行设置。
89.参考图1，优选地，本公开的色散薄膜的总厚度为7.803μm至8.292μm，第一膜层为ta2o5，第二膜层为sio2；
90.第一膜层和第二膜层的总层数为45层；
91.由底层至顶层，各个膜层分别对应的膜层厚度为：
92.132-141nm、244-252nm、141-152nm、194-201nm、136-155nm、203-212nm、145-173nm、210-220nm、138-148nm、197-207nm、130-140nm、192-202nm、129-136nm、173-202nm、134-144nm、205-207nm、140-163nm、204-216nm、132-144nm、220-228nm、169-179nm、217-227nm、141-158nm、202-204nm、127-138nm、197-207nm、139-142nm、204-208nm、135-145nm、200-210nm、135-145nm、211-212nm、153-167nm、235-245nm、137-144nm、188-201nm、136-156nm、202-212nm、147-163nm、223-229nm、144-154nm、196-206nm、131-141nm、275-285nm、160-171nm。
93.其中，第一膜层的总厚度为3.211-3.499μm，第二膜层的总厚度为4.592-4.793μm。
94.图1中示出的色散薄膜具有以下光学特性：薄膜对泵浦光波长973-980nm透过率t》80％，对于信号光波长反射率r》60％，在1010-1080nm波长范围，群速度色散《-800fs2。
95.图4和图5为在单个膜层厚度范围内，微调膜层厚度对应的透过率曲线。
96.如果仅利用本公开的色散薄膜的二色分光功能，其可作为构成激光谐振腔的入射腔镜，来构建全光纤谐振腔结构，如果仅利用色散管理功能，其可作为光学系统中色散调控元件。
97.图2示出了本公开的一个实施方式的具有全光纤化结构的色散腔镜的结构。图2中还示出了光纤插芯。
98.参考图2，本公开的光纤插芯包括：光纤插芯本体200和色散薄膜100。
99.其中，光纤插芯本体200具有第一端和第二端，第一端形成端面，第二端用于插入光纤300；色散薄膜100为本公开上文描述的任一个实施方式的色散薄膜，色散薄膜100设置在光纤插芯本体200的端面上。
100.优选地，光纤插芯本体200的端面与色散薄膜100具有匹配的形状。
101.其中，优选地，光纤插芯本体200的第一端的端面为经过研磨抛光处理的端面。
102.本公开描述的光纤插芯的光纤插芯本体200的材质优选为陶瓷材质。
103.在本公开的一些实施方式中，可以制作固定光纤插芯本体的镀膜夹具，使之既可与镀膜机操作平台适配以在光纤插芯本体的端面上制备色散薄膜，又可固定本公开上文描述的光纤插芯本体。
104.基于等离子体溅射的方法在光纤插芯本体200的端面制备色散薄膜100的过程中，色散薄膜的各层的厚度可以通过控制镀膜时间，使得各个膜层的厚度误差小于0.5nm。
105.其中，等离子体溅射镀膜过程中的厚度误差和不均匀性可以通过控制靶材和光纤插芯本体端面的距离、溅射角度，并结合掩模版来修正。
106.优选地，本公开的具有全光纤化结构的色散腔镜包括：上文描述的任一实施方式的光纤插芯以及无源光纤300。
107.参考图2，无源光纤300通过光纤插芯本体200的第二端插入光纤插芯本体200。
108.图3示出了本公开的一个实施方式的激光谐振腔装置，包括：
109.第一插芯201，第一插芯201具有第一端(右端)和第二端(左端)，第一插芯201的第一端形成端面(图3中的右端)；
110.第二插芯202，第二插芯202具有第一端(左端)和第二端(右端)，第二插芯202的第一端与第一插芯201的第一端对接；
111.第三插芯203，第三插芯203具有第一端(右端)和第二端(左端)，第三插芯203的第
一端形成端面；
112.色散薄膜100，色散薄膜100设置在第一插芯201的上述端面上；
113.增益光纤400，增益光纤400的两端分别插入第二插芯202的第二端和第三插芯203的第二端；
114.半导体可饱和吸收镜600，半导体可饱和吸收镜600设置在第三插芯203的上述端面上；
115.其中，色散薄膜100为本公开上文描述的任一实施方式的色散薄膜100。
116.优选地，本公开的激光谐振腔装置的增益光纤400的长度小于等于10cm，增益光纤400的光纤纤芯中掺杂稀土离子，以实现短光纤长度即满足锁模阈值的光增益要求。
117.其中，增益光纤400可以为单模光纤、保偏单模光纤、多模光纤或者双包层光纤等。
118.上文描述的稀土离子可以为yb
3+
、er
3+
、tm
3+
、ho
3+
中的一种或共掺形式。
119.在本公开的一些实施方式中，当增益光纤的长度小于等于3cm时，取消第三插芯203，第二插芯202的第二端形成端面，将半导体可饱和吸收镜600设置在第二插芯202的端面上。
120.本公开的增益光纤可以为掺杂一种稀土离子的光纤或者掺杂两种以上稀土离子的共掺形式光纤。本领域技术人员在本公开技术方案的启示下，可以对增益光纤400的类型和掺杂的稀土离子种类进行选择/调整，均落入本公开的保护范围。
121.优选地，参考图3，本公开的激光谐振腔装置，还包括无源光纤300，无源光纤300插入第一插芯201的第二端。
122.在本公开的一些实施方式中，本公开的激光谐振腔装置，参考图3，还包括陶瓷套管500，陶瓷套管500部分地套设在第一插芯201上且部分地套设在第二插芯202上，以固定第一插芯201与第二插芯202的对接。
123.由上文描述可知，基于本公开的色散薄膜100，能够构建高重频飞秒光纤激光谐振腔装置。
124.本公开的激光谐振腔装置产生的激光通过无源光纤300熔接的波分复用器(未示出)输出腔外。
125.在腔外可以实施棱镜对去啁啾，以获得超窄的脉冲输出。
126.参考图3，本公开的基于色散薄膜构成的腔镜可通过外围套管(即上文描述的陶瓷套管500)固定和连接，与超快光纤谐振腔兼容，保持激光谐振腔的全光纤化结构。
127.本公开的激光谐振腔装置，在1μm波段，基于全光纤化的整体结构，能够实现以下指标的激光输出：脉冲重复频率为1ghz，最短脉冲宽度为364fs，锁模光谱线宽为7.6nm的脉冲激光输出；脉冲重复频率为2.2ghz，最短脉冲宽度为283fs，锁模光谱线宽为8.25nm的脉冲激光输出；重复频率为3.3ghz，最短脉冲宽度为266fs，锁模光谱线宽为9.6nm的脉冲激光输出。
128.此外，本公开的激光谐振腔装置，不仅能够在厘米量级的超短谐振腔中实现1ghz以上重频激光脉冲输出，激光输出的稳定性也大幅度提升。
129.通过本公开上文描述的独特的色散薄膜的结构设计，其表现出一定的光学特性，可应用在高重频飞秒光纤激光谐振腔。本公开的色散薄膜首次应用于光纤插芯的端面，兼备了群速度延迟色散和二色分光的功能。
130.相比于现有技术中的大尺寸玻璃基片，本公开的色散薄膜应用在激光谐振腔，可以维持谐振腔整体的全光纤化结构，提高飞秒激光运转的可靠性和稳定性，尤其适用于诸如激光手术等对稳定性要求高的应用领域。
131.本公开的激光谐振腔装置的尺寸为厘米量级，有助于提高光纤激光器的集成化。
132.本公开还提供了一种激光器。在本公开的一些实施方式中，本公开的激光器，包括本公开任意一个实施方式的具有全光纤化结构的色散腔镜(参考图2)。在本公开的另一些实施方式中，本公开的激光器，包括本公开任意一个实施方式的激光谐振腔装置(参考图3)。
133.下文结合更具体的实施例对本公开的色散薄膜、光纤插芯、色散腔镜、激光谐振腔装置及激光器进行说明。
134.实施例一
135.首先在纳米氧化锆插芯中装载并固定美国康宁公司型号为hi1060的无源光纤，插芯端面横截面形状为圆形，内径为125μm，外直径为2.5mm，进一步对插芯端面作研磨抛光处理。
136.以插芯端面为基底，自基底开始依次为第一层高折射率膜层ta2o5、第二层低折射率膜层sio2、第三层高折射率膜层ta2o5、第四层低折射率膜层sio2、第五层高折射率膜层ta2o5、第六层低折射率膜层sio2、第七层高折射率膜层ta2o5、第八层低折射率膜层sio2、第九层高折射率膜层ta2o5、第十层低折射率膜层sio2、第十一层高折射率膜层ta2o5、第十二层低折射率膜层sio2、第十三层高折射率膜层ta2o5、第十四层低折射率膜层sio2、第十五层高折射率膜层ta2o5、第十六层低折射率膜层sio2、第十七层高折射率膜层ta2o5、第十八层低折射率膜层sio2、第十九层高折射率膜层ta2o5、第二十层低折射率膜层sio2、第二十一层高折射率膜层ta2o5、第二十二层低折射率膜层sio2、第二十三层高折射率膜层ta2o5、第二十四层低折射率膜层sio2、第二十五层高折射率膜层ta2o5、第二十六层低折射率膜层sio2、第二十七层高折射率膜层ta2o5、第二十八层低折射率膜层sio2、第二十九层高折射率膜层ta2o5、第三十层低折射率膜层sio2、第三十一层高折射率膜层ta2o5、第三十二层低折射率膜层sio2、第三十三层高折射率膜层ta2o5、第三十四层低折射率膜层sio2、第三十五层高折射率膜层ta2o5、第三十六层低折射率膜层sio2、第三十七层高折射率膜层ta2o5、第三十八层低折射率膜层sio2、第三十九层高折射率膜层ta2o5、第四十层低折射率膜层sio2、第四十一层高折射率膜层ta2o5、第四十二层低折射率膜层sio2、第四十三层高折射率膜层ta2o5、第四十四层低折射率膜层sio2、第四十五层高折射率膜层ta2o5，各膜层分别对应的膜层厚度为132-141nm、244-252nm、141-152nm、194-201nm、136-155nm、203-212nm、145-173nm、210-220nm、138-148nm、197-207nm、130-140nm、192-202nm、129-136nm、173-202nm、134-144nm、205-207nm、140-163nm、204-216nm、132-144nm、220-228nm、169-179nm、217-227nm、141-158nm、202-204nm、127-138nm、197-207nm、139-142nm、204-208nm、135-145nm、200-210nm、135-145nm、211-212nm、153-167nm、235-245nm、137-144nm、188-201nm、136-156nm、202-212nm、147-163nm、223-229nm、144-154nm、196-206nm、131-141nm、275-285nm、160-171nm。
137.制作固定插芯的镀膜夹具，使之既可与镀膜机操作平台适配，又可固定上述经过抛光处理的插芯。
138.利用等离子体溅射方法完成ta2o5和sio2相交替设置的多层膜制备。薄膜厚度通过
时间控制，多层膜的各膜层厚度误差小于0.5nm。溅射镀膜过程中的厚度误差和不均匀性通过控制靶材和光纤端面的距离以及溅射角度，并结合特殊掩模版来修正。
139.本实施例的色散薄膜的光学特性为：在1040nm的群延迟色散为-761fs2。对974nm泵浦光的透射率为99％，对信号光1040nm的反射率为89.3％。
140.本实施例的色散薄膜能够用于构建高重频飞秒光纤激光谐振腔，参考图3，色散薄膜100设置在第一插芯201的端面上，第一插芯201的外径为2.5mm，通过陶瓷套管500，色散薄膜100与第二插芯202的端面对接，以保证光的低损耗传输。
141.本实施例使用商用掺yb石英增益光纤400，其第一端插接第二插芯202，增益光纤400的第二端插接第三插芯203，第三插芯203的端面与半导体可饱和吸收镜600对接，本实施例采用环氧树脂将半导体可饱和吸收镜600粘接到第三插芯203端面。本实施例的半导体可饱和吸收镜600的调制深度为5％、饱和通量为40μj/cm2、恢复时间为1ps。本实施例中的增益光纤400的长度为9.8cm，本实施例的所有插芯的端面做镜面抛光处理。
142.进一步通过波分复用器连接泵浦源以构建宽光谱和窄脉宽的高重频飞秒激光器，用波长为974nm的半导体激光泵浦源激发本实施例的谐振腔，泵浦光通过单模光纤输出，最高泵浦光功率为680mw。用光纤熔接机将泵浦源的尾纤与980nm/1040nm光纤型波分复用器的泵浦端尾纤熔接，将波分复用器的公共端尾纤与本公开的谐振腔的色散腔镜尾纤300熔接。在泵浦激发下，产生的激光通过色散腔镜尾纤300经波分复用器的信号端输出腔外。然后用透射型衍射光栅对进行腔外去啁啾，可获得以下技术效果：
143.在1μm波段实现基础重复频率1ghz脉冲激光输出的同时，其锁模光谱3db线宽和脉冲宽度分别为7.6nm和364fs，并且整个激光谐振腔为全光纤化结构，锁模光谱和脉冲宽度的自相关轨迹分别如图6和图7所示。此外，相比于现有技术报道的研究，本实施例的谐振腔输出的锁模脉冲激光具备两个典型性特征：1)光谱顶部平坦度更好；2)激光运转的稳定性更高。
144.可以发现，利用本公开的色散薄膜可以维持飞秒激光谐振腔的全光纤化结构。而且构建的激光器轻便小巧，易于规模化生产和集成。
145.实施例二
146.利用上文描述的色散薄膜的制备方法，制备光学特性为在1033nm附近为-348fs2，对974nm泵浦光的透射率为99％，对信号光1033nm的反射率为89.6％的色散腔镜。
147.基于本实施例的色散腔镜，可以构建更高重频的飞秒激光谐振腔。继续参考图3，本实施例使用商用掺yb石英增益光纤400，其第一端插接第二插芯202，增益光纤400的第二端插接第三插芯203，第三插芯203的端面与半导体可饱和吸收镜600对接，本实施例采用环氧树脂将半导体可饱和吸收镜600粘接到第三插芯203端面。本实施例的半导体可饱和吸收镜600的调制深度为5％、饱和通量为40μj/cm2、恢复时间为1ps。本实施例中的增益光纤400的长度为4.4cm，本实施例的所有插芯的端面做镜面抛光处理。
148.进一步通过波分复用器连接泵浦源以构建宽光谱和窄脉宽的高重频飞秒激光器，用波长为974nm的半导体激光泵浦源激发本实施例的谐振腔，泵浦光通过单模光纤输出，最高泵浦光功率为680mw。用光纤熔接机将泵浦源尾纤与980nm/1030nm光纤型波分复用器的泵浦端熔接，将波分复用器的公共端尾纤与本实施例的谐振腔的色散腔镜尾纤300熔接。在泵浦激发下，产生的激光通过色散腔镜尾纤300经波分复用器的信号端输出腔外。然后用透
射型衍射光栅对进行腔外去啁啾，可获得以下技术效果：
149.在1μm波段实现基础重复频率2.2ghz脉冲激光输出的同时，其锁模光谱3db线宽和脉冲宽度分别为8.3nm和283fs，并且整个激光谐振腔为全光纤化结构，锁模光谱和脉冲宽度的自相关轨迹分别如图8和图9所示。此外，相比于现有技术报道的研究，本实施例的谐振腔输出的锁模脉冲激光具备两个典型性特征：1)光谱顶部平坦度更好；2)激光运转的稳定性更高。
150.实施例三
151.利用上文描述的色散薄膜的制备方法，制备光学特性为在1030nm附近为-233fs2，对974nm泵浦光的透射率为99％，对信号光1030nm的反射率为89.2％的色散腔镜。
152.本实施例的色散薄膜能够用于构建高重频飞秒光纤激光谐振腔，参考图3，色散薄膜100设置在第一插芯201的端面上，第一插芯201的外径为2.5mm，通过陶瓷套管500，色散薄膜100与第二插芯202的端面对接，以保证光的低损耗传输。
153.本实施例使用商用掺yb石英增益光纤400，其第一端插接第二插芯202，增益光纤400的第二端插接第三插芯203，第三插芯203的端面与半导体可饱和吸收镜600对接，本实施例采用环氧树脂将半导体可饱和吸收镜600粘接到第三插芯203端面。本实施例的半导体可饱和吸收镜600的调制深度为5％、饱和通量为40μj/cm2、恢复时间为1ps。本实施例中的增益光纤400的长度为3.0cm，本实施例的所有插芯的端面做镜面抛光处理。
154.进一步通过波分复用器连接泵浦源以构建宽光谱和窄脉宽的高重频飞秒激光器，用波长为974nm的半导体激光泵浦源激发本实施例的谐振腔，泵浦光通过单模光纤输出，最高泵浦光功率为680mw。用光纤熔接机将泵浦源的尾纤与980nm/1030nm光纤型波分复用器的泵浦端尾纤熔接，将波分复用器的公共端尾纤与上述谐振腔的色散腔镜尾纤300熔接。在泵浦激发下，产生的激光通过色散腔镜尾纤300经波分复用器的信号端输出腔外。然后用透射型衍射光栅对进行腔外去啁啾，可获得以下技术效果：
155.在1μm波段不仅在更高重复频率3.3ghz的脉冲激光中实现宽光谱和窄脉冲输出，光谱3db线宽最宽为9.6nm，脉冲宽度最窄为266fs，同时整个激光器实现全光纤化结构。图10为本实施例的激光器测试光谱图，光谱3db线宽为9.6nm，图11为自相关轨迹图，测试的脉冲宽度为266fs。示波器测试的脉冲序列如图12所示，显示本实施例的激光器运转在直流锁模状态，脉冲的基本重复频率为3.3ghz。
156.实施例四
157.为了进一步提升激光器的环境稳定性，构建全保偏结构的激光谐振腔，本实施例将色散薄膜设置于装载并固定保偏光纤的陶瓷插芯端面。用nufern公司的pm980光纤替代上述实施例中的美国康宁公司hi1060光纤。然后利用上文描述的制备方法制备色散薄膜。
158.利用本实施例的保偏色散腔镜构建激光谐振腔时，将波长为974nm的半导体激光泵浦源的尾纤替换为pm980光纤，波分复用器替换为双轴工作的保偏型波分复用器，波分复用器尾纤均为pm980光纤。增益光纤使用保偏单模光纤或者双包层光纤。谐振腔其余元器件和结构保持图3所示不变。利用本实施例的谐振腔结构，除了能够实现宽光谱和窄脉宽的ghz重频超快激光，系统整体为保偏型全光纤结构，提升激光器抗干扰能力，拓展了其在极端条件下的使用。
159.实施例五
160.在上述各个实施例中，主要利用掺yb
3+
增益光纤作为增益介质，本实施例可以进一步在谐振腔中改变增益光纤类型，比如用掺er
3+
、tm
3+
、ho
3+
等一种或共掺形式的稀土离子的光纤，相应地调整半导体可饱和吸收镜的参数和类型，均落入本公开的保护范围。
161.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例/方式”、“一些实施例/方式”、“示例”、“具体示例”或“一些示例”等的描述意指结合该实施例/方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本公开的至少一个实施例/方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例/方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例/方式或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例/方式或示例以及不同实施例/方式或示例的特征进行结合和组合。
162.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本公开的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
163.本领域的技术人员应当理解，上述实施方式仅仅是为了清楚地说明本公开，而并非是对本公开的范围进行限定。对于所属领域的技术人员而言，在上述公开的基础上还可以做出其它变化或变型，并且这些变化或变型仍处于本公开的范围内。