基于石墨烯的混合锁模激光器制造技术

本发明专利技术揭示了一种基于石墨烯的混合锁模激光器，所述混合锁模激光器包括激光器环形腔、及位于激光器环形腔内的若干光纤，所述光纤上贴附有石墨烯薄膜，利用石墨烯良好的饱和吸收特性来窄化激光器的脉冲宽度，结合激光器幅度或相位调制的主动锁模来实现混合锁模。本发明专利技术中石墨烯作为激光锁模时的饱和吸收体，具有低吸收强度、超快速的恢复时间、调制深度可调、宽频带的可调性等优点，从而可以实现更高重复频率的超短脉冲激光器。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于光纤通信
，具体涉及一种基于石墨烯的混合锁模激光器。
技术介绍
光纤激光器同时运转在位于增益带宽内的大量纵模上。多纵模运转是由与光纤激光器的纵模间隔相比很宽的增益谱决定的。如果所有模式都独立运转，其相位间没有确定的关系，则总光场强度中的干涉项平均效果为零。通过某种技术使得各纵模相位同步，任意相邻纵模的相位锁定在一个常数值，则可产生超短激光脉冲即锁模脉冲，这样的激光器称作为锁模激光器。锁模激光器可广泛应用于光纤通信、激光测量以及材料加工等领域。目前的锁模锁模技术主要分为主动锁模，被动锁模和混合锁模三类。主动锁模是通过外界信号来周期性调制谐振腔参量，实现各腔体纵模之间相位锁定的一种锁模技术。其显著特征是：在激光器腔体中插入调制器件或者由外部注入光脉冲，对腔内光波进行主动调制来实现锁模。主动锁模具体又可分为基于调制器的锁模技术、有理数谐波锁模技术和注入锁模技术。其中基于调制器锁模技术的特点是从腔外加入射频信号到腔内的调制器上，通过此信号对腔内的振荡光波产生周期性的幅度或者相位调制，从而产生锁模脉冲。主动锁模的主要优点就是可以产生高重复频率和频率可调谐的锁模脉冲，且易于同步。光纤腔长和折射率容易受到外界环境的影响而导致的腔内失谐,以及超模竞争和弛豫振荡造成的脉冲抖动产生的不稳定性限制了主动锁模激光器的应用。被动锁模是在激光腔内不使用调制器之类的任何有源器件的情况下实现超短脉冲输出。其基本原理是利用光纤或其他元件中的非线性光学效应对输入脉冲强度的依赖性，实现各纵模相位锁定，进而产生超短光脉冲。目前，用于实现被动锁模的方法主要包括可饱和吸收体、非线性偏振旋转和非线性光纤环形镜锁模技术。其中饱和吸收体锁模是在腔内附着饱和吸收体，当光脉冲通过饱和吸收体时，由于边缘的部分损耗大于中央部分的损耗，使得光脉冲在通过吸收体的过程中被窄化。饱和吸收体被动锁模的主要优点就是重复频率较稳定，锁模脉冲脉宽较窄。但由于被动锁模所产生的锁模脉冲重复频率与激光器腔长成反比，要实现重复频率为GHz量级的被动锁模，需要激光腔短至cm量级，实现较为困难。混合锁模就是将被动锁模技术产生超短脉冲和主动锁模技术产生高重复频率的特点相结合，以获得窄脉宽，高重复率且稳定的孤子脉冲序列。因此，鉴于上述问题有必要提供一种基于石墨烯的混合锁模激光器。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于石墨烯的混合锁模激光器，利用石墨烯的饱和吸收性结合幅度(相位)调制的主动锁模来实现混合锁模。为了实现上述目的，本专利技术实施例提供的技术方案如下：一种基于石墨烯的混合锁模激光器，所述混合锁模激光器包括激光器环形腔、及位于激光器环形腔内的若干光纤，所述光纤上贴附有石墨烯薄膜，利用石墨烯良好的饱和吸收特性来窄化激光器的脉冲宽度，结合激光器幅度或相位调制的主动锁模来实现混合锁模。作为本专利技术的进一步改进，所述石墨烯薄膜贴附于光纤端面或侧面抛磨光纤的抛光面。作为本专利技术的进一步改进，所述石墨烯薄膜为单层石墨烯、多层石墨烯、或经氧化还原的石墨烯聚合物。本专利技术另一实施例提供的技术方案如下：一种基于石墨烯的混合锁模激光器，所述混合锁模激光器的环形腔中依次包括调制器、第一偏振控制器、掺铒光纤放大器、耦合器、贴附有石墨烯薄膜的光纤、及第二偏振控制器，调制器上施加由微波信号，以调制由掺铒光纤放大器在环形腔内产生的多个模式来实现主动锁模，利用石墨烯良好的饱和吸收特性来窄化激光器的脉冲宽度，耦合器用于输出观察光谱和脉冲波形并进行比较。作为本专利技术的进一步改进，所述石墨烯薄膜贴附于光纤端面或侧面抛磨光纤的抛光面。作为本专利技术的进一步改进，所述石墨烯薄膜为单层石墨烯、多层石墨烯、或经氧化还原的石墨烯聚合物。作为本专利技术的进一步改进，所述调制器采用射频调制或激光注入锁定调制的方式实现主动锁模。作为本专利技术的进一步改进，所述调制器为强度调制器或相位调制器。作为本专利技术的进一步改进，所述基于石墨烯的混合锁模激光器为固体激光器或空间激光器。本专利技术的有益效果是：激光器中将石墨烯薄膜作为饱和吸收体附着在光纤上接入环形激光腔内，利用石墨烯良好的饱和吸收特性来窄化激光器的脉冲宽度，结合激光器幅度或相位调制的主动锁模来实现混合锁模；石墨烯作为激光锁模时的饱和吸收体，具有低吸收强度、超快速的恢复时间、调制深度可调、宽频带的可调性等优点，从而可以实现更高重复频率的超短脉冲激光器。附图说明图1为本专利技术第一实施方式中石墨烯加入激光器环形腔的结构示意图；图2为本专利技术第二实施方式中基于石墨烯的混合锁模激光器的模块示意图；图3a为不加石墨烯的主动锁模激光器输出的脉冲激光的信号波形；图3b为在光纤端面附着石墨烯的混合锁模激光器输出的窄脉冲的信号波形；图3c为不加石墨烯的锁模激光器输出的脉冲激光的光谱图；图3d为在光纤端面附着石墨烯的混合锁模激光器输出的窄脉冲的光谱图。具体实施方式以下将结合附图所示的具体实施方式对本专利技术进行详细描述。但这些实施方式并不限制本专利技术，本领域的普通技术人员根据这些实施方式所做出的结构、方法、或功能上的变换均包含在本专利技术的保护范围内。本专利技术第一实施方式中的一种基于石墨烯的混合锁模激光器是对主动锁模激光器的改进，将石墨烯直接附着在光纤端面加入主动锁模激光器环形腔内，利用其良好的饱和吸收性，来实现主动锁模脉冲的窄化。具体地，参图1所示，混合锁模激光器包括激光器环形腔11、及位于激光器环形腔内的若干光纤12，光纤上贴附有石墨烯薄膜13，利用石墨烯良好的饱和吸收特性来窄化激光器的脉冲宽度，结合激光器幅度或相位调制的主动锁模来实现混合锁模。本实施方式中石墨烯薄膜13贴附于光纤端面，在其他实施方式中光纤也可以采用侧面抛磨光纤，石墨烯薄膜贴附于侧面抛磨光纤的抛光面。优选地，石墨烯薄膜为单层石墨烯、多层石墨烯、或经氧化还原的石墨烯聚合物等。主要利用了石墨烯的饱和吸收性结合幅度(相位)调制的主动锁模来实现混合锁模。石墨烯(graphene)是由单层的碳原子紧密排列成二维的蜂窝状六角格子的一种物质,它有很多独特的光电特性。石墨烯在激光器锁模时具有低吸收强度、超快速的恢复时间、调制深度可调、宽频带的可调性等优点。利用相位调制和非线性偏转效应结合的混合锁模激光器来产生高重复频率窄脉冲序列，但由于非线性偏转旋转调谐困难，不能支持任意波长，且实际应用中环境影响较大，腔内需要相对较长的光纤，以产生足够大的非线性相移，温度应力变化导致的双折射起伏也会影响锁模过程。本专利技术正是针对这些缺点，采用了石墨烯这种特性良好的饱和吸收体来窄化脉宽，同时克服了上述的这些缺点，优化了混合锁模的性能。参图2所示，一种基于石墨烯的混合锁模激光器，该混合锁模激光器的环形腔中依次包括调制器10、第一偏振控制器20、掺铒光纤放大器30、耦合器40、贴附有石墨烯薄膜的光纤50、及第二偏振控制器60，调制器10上施加由微波信号70，以调制由掺铒光纤放大器30在环形腔内产生的多个模式来实现主动锁模，利用石墨烯良好的饱和吸收特性来窄化激光器的脉冲宽度，耦合器40用于输出观察光谱和脉冲波形并进行比较，其中，贴附有石墨烯薄膜的光纤50即为第一实施方式中图1的结构，此处不再进行详细说明。其中，调制器采用射频调制或激光注入锁定调制的方式实现主动锁模，该调制器为强度调制器或相本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于石墨烯的混合锁模激光器，所述混合锁模激光器包括激光器环形腔、及位于激光器环形腔内的若干光纤，其特征在于，所述光纤上贴附有石墨烯薄膜，利用石墨烯良好的饱和吸收特性来窄化激光器的脉冲宽度，结合激光器幅度或相位调制的主动锁模来实现混合锁模。

【技术特征摘要】
1.一种基于石墨烯的混合锁模激光器，所述混合锁模激光器包括激光器环形腔、及位于激光器环形腔内的若干光纤，其特征在于，所述光纤上贴附有石墨烯薄膜，利用石墨烯良好的饱和吸收特性来窄化激光器的脉冲宽度，结合激光器幅度或相位调制的主动锁模来实现混合锁模。2.根据权利要求1所述的基于石墨烯的混合锁模激光器，其特征在于，所述石墨烯薄膜贴附于光纤端面或侧面抛磨光纤的抛光面。3.根据权利要求1所述的基于石墨烯的混合锁模激光器，其特征在于，所述石墨烯薄膜为单层石墨烯、多层石墨烯、或经氧化还原的石墨烯聚合物。4.一种基于石墨烯的混合锁模激光器，其特征在于，所述混合锁模激光器的环形腔中依次包括调制器、第一偏振控制器、掺铒光纤放大器、耦合器、贴附有石墨烯薄膜的光纤、及第二偏振控制器，调制器上施加由微波信号，以调制由掺铒光纤放大器在环形...

【专利技术属性】
技术研发人员：义理林，刘春，
申请(专利权)人：张家港初恒激光科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32