本技术公开了一种基于超构表面偏振控制的双波段锁模光纤激光器,属于光纤激光器技术领域。包括第一环路、第二环路和公共端,第一环路和第二环路通过公共端与金十字超构表面连接,且第一环路与第二环路彼此独立且第一环路与第二环路之间互不影响。本发明的双波段超快激光器装置基于金属表面等离激元效应,通过制备金十字超构表面锁模器件,分别设计了在水平和竖直方向长短不一致的金十字超构表面结构,利用其偏振以及非线性可饱和吸收特性,同时实现了在两个波段的锁模激光输出,且两个波段的激光相互独立互不影响。
背景技术
等离激元超构表面是通过人为设计具有周期结构的亚波长二维表面,其非线性光学效应由基元等效极化率和所构成材料在微观尺度下的极化率共同决定。在金属表面发生的等离子体激元共振现象能够显著增强光的吸收效果,这种共振现象使得超构表面的厚度远小于入射光波长,而其单元结构的空间配置和取向则能够精细调控远场光的振幅和相位,这些特性均遵循广义斯涅尔-笛卡尔定律的相关原则。平面光学的目标在于设计超薄的超表面片,以模拟传统的大体积光学元件的性能,已成功应用于平面透镜、偏光镜、全息图和准直镜等。同时,Moreau等人的研究表明,在等离激元超表面上可以显著增强光的吸收。在这一领域中,准完美吸收剂因其在滤光、光敏材料和光伏等领域的潜在应用而受到广泛研究。然而,需要注意的是,在实际应用中,很少有研究关注脉冲激光照射下的超表面,因为这种情况下光学非线性效应变得非常显著。
在过去的二十年里,等离子体器件的非线性吸收现象引起了广泛关注,尤其是因为它能够引起复杂的热电子级联反应,这种现象在多个领域展现出独特的应用潜力,例如光化学反应和超快速光电探测技术等。其中,金等离子体器件的非线性吸收尤其值得关注,因为它能够在亚皮秒的时间尺度上激发热电子云,从而触发其他物理或化学过程。在这个超快速电子激发过程中,当电子分布变为非热态时,电子占据费米能级以下的状态减少,这与金属介电函数瞬态吸收的变化密切相关。研究发现,在强光照射下,金的吸收可以达到饱和状态,这在激光系统中实现脉冲稳定化方面起到了关键作用。实际上,为了生成稳定的超短脉冲并通过锁模进行操作,激光腔需要具备超快速弛豫时间、非线性传递函数以及高损伤阈值的可饱和吸收器。为了在光纤激光器和波导激光器平台上实现集成,研究人员在过去二十年间开发了多种可饱和二维吸收材料。其中包括单壁碳纳米管、石墨烯、拓扑绝缘体和黑磷等低维材料,尽管这些材料具有非线性效应,但通常仅限于几个百分点的水平。相比之下,光学超构表面作为一种超薄平面器件,由具有空间变化的金属或介质超构功能基元构成,能够在亚波长尺度上对光场进行局域调控,增强光与物质的相互作用。这种增强作用使得非线性光学效应在等离激元超构表面上变得更加显著。在等离激元超构表面上,光场被高度局域在金属纳米结构附近,形成极强的局域电磁场。这种局域电磁场能够极大地提高非线性光学过程的效率,使得原本需要高强度光源才能观察到的非线性现象在等离激元超构表面上变得易于实现,展现出了巨大的潜力。通过与现有金属离子结合形成新型超表面结构,并通过精确设计等离激元超构表面的几何结构和材料组成,可以在亚波长尺度上对光的偏振态、相位和振幅进行多维度调控。值得注意的是,以往的研究大多使用具有分散尺寸和随机取向的金纳米粒子胶体溶液作为可饱和吸收剂,其光学性质表现更接近平均性质,与单个周期结构设计的相关性较低。因此,开发新型的超表面结构,利用其独特的非线性光学特性,对于推动相关领域的科技进步具有重要意义。
实现思路