專利名稱：一種基于石墨烯的混合鎖模激光器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種光纖激光器，尤其是應(yīng)用石墨烯的飽和吸收性，同時(shí)結(jié)合幅度調(diào)制的主動(dòng)鎖模來實(shí)現(xiàn)混合鎖模的激光器。
背景技術(shù)：
光纖激光器同時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)在位于增益帶寬內(nèi)的大量縱模上。多縱模運(yùn)轉(zhuǎn)是由與光纖激光器的縱模間隔相比很寬的增益譜決定的。如果所有模式都獨(dú)立運(yùn)轉(zhuǎn)，其相位間沒有確定的關(guān)系，則總光場(chǎng)強(qiáng)度中的干涉項(xiàng)平均效果為零。通過某種技術(shù)使得各縱模相位同步，任意 相鄰縱模的相位鎖定在一個(gè)常數(shù)值，則可產(chǎn)生超短激光脈沖即鎖模脈沖，這樣的激光器稱作為鎖模激光器。鎖模激光器可廣泛應(yīng)用于光纖通信、激光測(cè)量以及材料加工等領(lǐng)域。目前的鎖模技術(shù)主要分為主動(dòng)鎖模，被動(dòng)鎖模和混合鎖模三類。主動(dòng)鎖模是通過外界信號(hào)來周期性調(diào)制諧振腔參量，實(shí)現(xiàn)各腔體縱模之間相位鎖定的一種鎖模技術(shù)。其顯著特征是在激光器腔體中插入調(diào)制器件或者由外部注入光脈沖，對(duì)腔內(nèi)光波進(jìn)行主動(dòng)調(diào)制來實(shí)現(xiàn)鎖模。主動(dòng)鎖模具體又可分為基于調(diào)制器的鎖模技術(shù)、有理數(shù)諧波鎖模技術(shù)和注入鎖模技術(shù)。其中基于調(diào)制器鎖模技術(shù)的特點(diǎn)是從腔外加入射頻信號(hào)到腔內(nèi)的調(diào)制器上，通過此信號(hào)對(duì)腔內(nèi)的振蕩光波產(chǎn)生周期性的幅度或者相位調(diào)制，從而產(chǎn)生鎖模脈沖。主動(dòng)鎖模的主要優(yōu)點(diǎn)就是可以產(chǎn)生高重復(fù)頻率和頻率可調(diào)諧的鎖模脈沖，且易于同步。光纖腔長和折射率容易受到外界環(huán)境的影響而導(dǎo)致的腔內(nèi)失諧，以及超模競(jìng)爭(zhēng)和弛豫振蕩造成的脈沖抖動(dòng)產(chǎn)生的不穩(wěn)定性限制了主動(dòng)鎖模激光器的應(yīng)用。被動(dòng)鎖模是在激光腔內(nèi)不使用調(diào)制器之類的任何有源器件的情況下實(shí)現(xiàn)超短脈沖輸出。其基本原理是利用光纖或其他元件中的非線性光學(xué)效應(yīng)對(duì)輸入脈沖強(qiáng)度的依賴性，實(shí)現(xiàn)各縱模相位鎖定，進(jìn)而產(chǎn)生超短光脈沖。目前，用于實(shí)現(xiàn)被動(dòng)鎖模的方法主要包括可飽和吸收體、非線性偏振旋轉(zhuǎn)和非線性光纖環(huán)形鏡鎖模技術(shù)。其中飽和吸收體鎖模是在腔內(nèi)附著飽和吸收體，當(dāng)光脈沖通過飽和吸收體時(shí)，由于邊緣的部分損耗大于中央部分的損耗，使得光脈沖在通過吸收體的過程中被窄化。飽和吸收體被動(dòng)鎖模的主要優(yōu)點(diǎn)就是重復(fù)頻率較穩(wěn)定，鎖模脈沖脈寬較窄。但由于被動(dòng)鎖模所產(chǎn)生的鎖模脈沖重復(fù)頻率與激光器腔長成反比，要實(shí)現(xiàn)重復(fù)頻率為GHz量級(jí)的被動(dòng)鎖模，需要激光腔短至cm量級(jí)，實(shí)現(xiàn)較為困難?；旌湘i模就是將被動(dòng)鎖模技術(shù)產(chǎn)生超短脈沖和主動(dòng)鎖模技術(shù)產(chǎn)生高重復(fù)頻率的特點(diǎn)相結(jié)合，以獲得窄脈寬，高重復(fù)率且穩(wěn)定的孤子脈沖序列。石墨烯(graphene)是由單層的碳原子緊密排列成二維的蜂窩狀六角格子的一種物質(zhì)，它有很多獨(dú)特的光電特性。石墨烯在激光器鎖模時(shí)具有低吸收強(qiáng)度、超快速的恢復(fù)時(shí)間、調(diào)制深度可調(diào)、寬頻帶的可調(diào)性等優(yōu)點(diǎn)。文獻(xiàn)《Wei-Wei Hsiang, Chian-Yu Lin,Ming-Feng Tien, and Yinchieh Lai，Direct generation of a 10 GHz 816 fs pulsetrain from an erbium-fiber soliton laser with asynchronous phase modulation,OPTICS LETTERS, Vol. 30, No.18，Pages :2493-2495, 2005》(Wei-Wei Hsiang, Chian-YuLinj Ming-Feng Tien, and Yinchieh Laij鉺纖孤子激光器利用異步相位調(diào)制產(chǎn)生10吉赫茲826飛秒脈沖序列，光學(xué)快報(bào)，第30卷，第18期，頁碼2493-2495, 2005)，闡述了利用相位調(diào)制和非線性偏轉(zhuǎn)效應(yīng)結(jié)合的混合鎖模激光器來產(chǎn)生高重復(fù)頻率窄脈沖序列，但由于非線性偏轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)調(diào)諧困難，不能支持任意波長，且實(shí)際應(yīng)用中環(huán)境影響較大，腔內(nèi)需要相對(duì)較長的光纖，以產(chǎn)生足夠大的非線性相移，溫度應(yīng)力變化導(dǎo)致的雙折射起伏也會(huì)影響鎖模過程。
發(fā)明內(nèi)容為了克服常用鎖模技術(shù)的不足，本實(shí)用新型提供一種的全新的混合鎖模激光器，即應(yīng)用石墨烯的特性良好的飽和吸收性，同時(shí)結(jié)合幅度調(diào)制的主動(dòng)鎖模來實(shí)現(xiàn)混合鎖模，達(dá)到鎖模激光器輸出高重復(fù)頻率的超短脈沖。本實(shí)用新型解決其技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案是在激光器中，將石墨烯薄膜附著在光纖上，同時(shí)結(jié)合幅度調(diào)制的主動(dòng)鎖模來實(shí)現(xiàn)混合鎖模。所述石墨烯是作為飽和吸收體附著在光纖接頭端面位置接入環(huán)形激光腔內(nèi)。調(diào)制器與外加微波信號(hào)調(diào)制由摻鉺光纖放大器在環(huán)形腔內(nèi)產(chǎn)生的多個(gè)模式來實(shí)現(xiàn)主動(dòng)鎖模，在此過程中，利用石墨烯的可飽和吸收性使激光脈沖窄化，最后通過耦合器輸出觀察光譜和脈沖波形并進(jìn)行比較。偏振控制器用于將輸入光偏振態(tài)，是強(qiáng)度調(diào)制器的調(diào)制效率最大化。偏振控制器用于優(yōu)化激光腔的偏振態(tài)以獲得最大的脈沖輸出功率以及最好的鎖模效果。調(diào)制器以等于(或者整數(shù)倍于)模式間隔的頻率調(diào)制環(huán)形腔內(nèi)光場(chǎng)的振幅，腔內(nèi)損耗同樣被以頻率調(diào)制，因?yàn)閾p耗越小，產(chǎn)生的光子數(shù)越多，所以腔內(nèi)光場(chǎng)也以相同頻率被調(diào)制，這種光強(qiáng)上的微小差異經(jīng)過腔內(nèi)的多次往返后不斷加強(qiáng)，激光器就能穩(wěn)定地輸出一個(gè)鎖模脈沖序列。同時(shí)當(dāng)光脈沖通過石墨烯這種吸收體時(shí)，當(dāng)強(qiáng)度足以使石墨烯飽和，其邊翼部分損耗大于中央部分的損耗，結(jié)果光脈沖在通過石墨烯的過程中就被窄化了。這樣我們就通過結(jié)合這兩種技術(shù)實(shí)現(xiàn)了高重復(fù)頻率的超短脈沖。采用以上方案后，本實(shí)用新型的有益效果是石墨烯作為激光鎖模時(shí)的飽和吸收體，具有低吸收強(qiáng)度、超快速的恢復(fù)時(shí)間、調(diào)制深度可調(diào)、寬頻帶的可調(diào)性等優(yōu)點(diǎn)，從而可以實(shí)現(xiàn)更高重復(fù)頻率的超短脈沖激光器，優(yōu)化了混合鎖模的性能。
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步描述。

圖I為本實(shí)用新型石墨烯加入激光器環(huán)形腔的方式示意圖。圖中I、石墨烯薄膜2、光纖頭。圖2為本實(shí)用新型基于石墨烯的混合鎖模激光器的結(jié)構(gòu)框圖。圖中I、調(diào)制器2、微波信號(hào)3、摻鉺光纖放大器4、石墨烯5為稱合器6、7偏振控制器。圖3為不加石墨烯的主動(dòng)鎖模激光器輸出的脈沖激光的信號(hào)波形。圖4為在光纖端面附著石墨烯的混合鎖模激光器輸出的窄脈沖的信號(hào)波形。圖5為不加石墨烯的鎖模激光器輸出的脈沖激光的光譜圖。圖6為在光纖端面附著石墨烯的混合鎖模激光器輸出的窄脈沖的光譜圖。
具體實(shí)施方式
根據(jù)圖I、圖2、圖3所示，本實(shí)用新型一種基于石墨烯的混合鎖模激光器，在激光器中，將石墨烯薄膜I附著在光纖頭2上，同時(shí)結(jié)合幅度調(diào)制的主動(dòng)鎖模來實(shí)現(xiàn)混合鎖模。本實(shí)用新型所述石墨烯是作為飽和吸收體；所述石墨烯薄膜I附著在光纖頭2上接入環(huán)形激光腔內(nèi)；所述石墨烯薄膜I附著在光纖接頭2端面位置。
·[0022]本實(shí)用新型在圖2的實(shí)施例中，調(diào)制器I與外加微波信號(hào)2調(diào)制由摻鉺光纖放大器3在環(huán)形腔內(nèi)產(chǎn)生的多個(gè)模式來實(shí)現(xiàn)主動(dòng)鎖模，在此過程中，利用石墨烯4的可飽和吸收性使激光脈沖窄化，最后通過耦合器5輸出觀察光譜和脈沖波形并進(jìn)行比較。實(shí)驗(yàn)中用到的參數(shù)為輸入微波信號(hào)2頻率為10GHz，強(qiáng)度調(diào)制器I偏置電壓為0V，摻鉺光纖放大器3輸出功率200mW。通過f禹合器5輸出用500GHz不波器觀察輸出信號(hào)脈沖波形，同時(shí)使用光譜分析儀通過耦合器5輸出觀察輸出信號(hào)光譜。偏振控制器6用于將輸入光偏振態(tài)，是強(qiáng)度調(diào)制器I的調(diào)制效率最大化。偏振控制器7用于優(yōu)化激光腔的偏振態(tài)以獲得最大的脈沖輸出功率以及最好的鎖模效果。圖3中即為未加入石墨烯和加入石墨烯激光器產(chǎn)生的鎖模脈沖的信號(hào)波形和光譜圖。由本實(shí)施例的具體實(shí)施效果中輸出鎖模脈沖波形圖比較可以明顯看出，在加入石墨烯進(jìn)行飽和吸收之后，由于石墨烯的飽和吸收特性，鎖模脈沖明顯變窄。同樣的由鎖模脈沖光譜比較可以看出，加入石墨烯之后脈沖光譜展寬，間接說明了鎖模脈沖變窄。由上述結(jié)果可以得出石墨烯窄化了鎖模脈沖，實(shí)現(xiàn)了高重復(fù)頻率的窄脈沖混合鎖模激光器。
權(quán)利要求1.一種基于石墨烯的混合鎖模激光器，其特征在于在激光器中，將石墨烯薄膜(I)附著在光纖頭(2)上，同時(shí)結(jié)合幅度調(diào)制的主動(dòng)鎖模來實(shí)現(xiàn)混合鎖模。
2.一種基于石墨烯的混合鎖模激光器，其特征在于所述石墨烯薄膜(I)附著在光纖頭(2)上接入環(huán)形激光腔內(nèi)。
3.一種基于石墨烯的混合鎖模激光器，其特征在于所述石墨烯薄膜(I)附著在光纖接頭(2)端面位置。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種基于石墨烯的混合鎖模激光器，是一種應(yīng)用石墨烯的飽和吸收性，同時(shí)結(jié)合幅度調(diào)制的主動(dòng)鎖模來實(shí)現(xiàn)混合鎖模的激光器。石墨烯作為激光鎖模時(shí)的飽和吸收體，具有低吸收強(qiáng)度、超快速的恢復(fù)時(shí)間、調(diào)制深度可調(diào)、寬頻帶的可調(diào)性等優(yōu)點(diǎn)，從而可以實(shí)現(xiàn)更高重復(fù)頻率的超短脈沖激光器，優(yōu)化了混合鎖模的性能。
文檔編號(hào)H01S3/067GK202772413SQ201220380879
公開日2013年3月6日 申請(qǐng)日期2012年8月3日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月3日
發(fā)明者宋嘯塵, 義理林, 張巖, 鄭燃, 倪振華, 丁榮, 梁錚, 胡衛(wèi)生 申請(qǐng)人:泰州巨納新能源有限公司