基于石墨烯的被动锁模光纤激光器延时反馈混沌化系统技术方案

本发明专利技术属于光通信器件的技术领域。结构包括泵浦激光器（１）、波分复用光纤耦合器（２）、第一光纤耦合器（３）、锁模装置（９）、掺铒光纤（７）、偏振控制器（５）、隔离器（６）、第二光纤耦合器（４）、光探测器（１０）、Ａ／Ｄ转换电路（１１）、单片机（１５）、ＲＳ２３２接口（１６）和光学延迟线（１２）组成；光学延迟线（１２）接收控制信号，进行延时反馈使整个系统处于混沌化状态；所述的锁模装置（９），是石墨烯锁模装置。本发明专利技术不需要外界附加的调制源，可以产生飞秒级光脉冲，并具有易于同步、输出脉冲峰值功率高等特性，易于安装操作，结构简单，可实现全光纤集成，为实现混沌同步和保密通信创造基础。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于光通信器件的
，特别涉及一种石墨烯锁模的具有延时反馈装 置的光纤激光器的混沌化系统。
技术介绍
通信技术的进步是国民经济发展的重要表现，目前普遍使用的通信传输技术其载 波都是特定参数的正弦波或其它特定信号，任何公司和个人只要了解通信协议的规范都可 以自己生产光纤通信设备，达到彼此通信的目的。但是在国家的国防建设中，许多信息的传 输都涉及到国家的机密内容，这种不安全的传输方式使得信息很容易泄漏。非线性混沌同 步理论的发展给我们提供了一种理想的保密通信的可能。混沌作为上个世纪后半段发现和 研究的一个重要理论，最初没有发现有什么实际用途，但自从1990年美国科学家Pecora和 Carroll发现混沌同步以来，混沌系统成为了一种最有潜力的保密通信的载体。目前世界各 国都在研究电子通信系统的同步和混沌通信系统，但是由于其速度慢，现在许多学者都把 研究重点放在了光纤激光器系统上。因此光纤激光器的混沌同步研究也越来越多。随着近年来光通信技术的高速发展，光通信正在向高速度、大容量、宽带宽、长距 离、低成本方向迅速发展。对于高速光时分复用(OTDM)通信系统，最核心的技术就是高重 复频率超短光脉冲的产生技术，基于锁模技术的超高速掺铒光纤激光器是目前产生超短光 脉冲的最主要方法。被动锁模技术是利用激光器谐振腔内器件的非线性光学效应实现锁模 和超短光脉冲输出的一种方法。因为不需要外界附加的调制源，采用被动锁模技术的激光 器避免了主动锁模激光器中由于引入电调制器而引起的调制带宽限制，可以产生更短的光 脉冲(通常为飞秒级)，并且具有易于同步、输出脉冲峰值功率高等特性，且结构简单，是真 正的全光器件，可以实现全光纤集成。因此，基于被动锁模光纤激光器的混沌同步系统更有 发展前景和应用价值。2004年，英国曼彻斯特大学的安德烈· K ·海姆(Andre K. Geim)等研究人员制备 出了石墨烯，石墨烯的问世引起了全世界的研究热潮。它是已知材料中最薄的一种，牢固坚 硬，结构也非常稳定。石墨烯是一种密集蜂窝状晶格结构的二维碳原子单层，这种稳定的晶 格结构使碳原子具有优良的导电性，它在室温下传递电子的速度比已知导体都快(达到了 光速的1/300)。虽然石墨烯最初的重要应用领域是关于石墨烯美妙的电子特性，但由于在 光学应用中石墨烯薄片的加工条件相对宽松，因此石墨烯及其复合材料的光学应用可能出 现在高端电子应用之前。例如可以利用它在高光强下的光损耗属性作为一种非线性光学材 料应用在超高速掺铒光纤激光器系统中。对石墨烯的非线性光学特性进行更深入的研究， 可以大大扩展石墨烯材料在光电子器件上的应用。与本专利技术相近的现有技术是被动锁模光纤激光器系统，其结构如图1所示。图1 中，1为泵浦激光器；2为波分复用光纤耦合器；3为光纤耦合器，5为偏振控制器；6为隔离 器；7为掺铒光纤；8为单模光纤；9为锁模装置。实现被动锁模最常用的方法是在谐振腔 内加入半导体饱和吸收体，目前被动锁模光纤激光器主要应用半导体饱和吸收镜(SESAMs)为锁模器件。然而，应用SESAMs可调范围很窄，而且需要很复杂的生产和包装过程。一种 简单而且经济的替代方法是用单壁碳纳米管(SWCNTs)，其工作波长可以通过选择SWCNTs 的半径来决定。但是，SWCNTs的小半径和大表面张力，使得损坏门限较低；作为饱和吸收体 时不可避免的要对SWCNTs材料进行捆绑，催化，粘附无定形碳等，这些都可能导致饱和吸 收作用损失。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是，克服
技术介绍
的可调范围很窄、损坏门限较低、有饱 和吸收作用损失等缺欠，利用新型纳米材料石墨烯作为饱和吸收体，设计石墨烯的被动锁 模光纤激光器延时反馈混沌化系统，达到整个系统的混沌化，结构简单，易于安装和操作； 产生超短光脉冲输出，易于同步、输出脉冲峰值功率高的目的。上述的目的通过以下的技术方案实现一种基于石墨烯的被动锁模光纤激光器延时反馈混沌化系统，结构包括泵浦激光 器1和激光谐振腔；所述的激光谐振腔，是由单模光纤8顺次连接的波分复用光纤耦合器 2、第一光纤耦合器3、锁模装置9、掺铒光纤7、偏振控制器5和隔离器6构成的激光通路；其 中的第一光纤耦合器3将激光分为两路，一路继续在激光谐振腔内运行，另一路作为输出； 其中的隔离器6使系统中的激光单向运行，并返回波分复用光纤耦合器2 ；在第一光纤耦合 器3之后加装延时反馈装置；所述的延时反馈装置，由第二光纤耦合器4、光探测器10、A/D 转换电路11、单片机15、RS232接口 16和光学延迟线12组成，其中由第一光纤耦合器3输 出的激光由第二光纤耦合器4分为两路，一路作为系统的输出，另一路经光探测器10将光 电流值输入A/D转换电路11，单片机15接收A/D转换电路11的数字量进行计算处理，并产 生控制信号；经RS232接口 16使光学延迟线12接收控制信号，进行延时反馈使整个系统处 于混沌化状态；所述的光学延迟线12—端连接第一光纤耦合器3的在激光谐振腔内运行的 一路，另一端连接锁模装置9 ；所述的锁模装置9，是由石墨烯片13和两侧的光纤连接器14 构成的石墨烯锁模装置。所述的光学延迟线12，是单模光纤，长度为4000 6000米可调；所述的掺铒光纤 7，长度为5 20米。所述的第一光纤耦合器3的分光比例可以是0.5 2 9.5 8，优选的分光比 例为1 9，S卩，继续在激光谐振腔内运行比例为1份，则另一部分作为激光输出的比例为9 份；所述的第二光纤耦合器4的分光比例为2 4 8 6，优选的分光比例为3 7，即， 进入延时反馈装置比例为3份，则另一部分作为系统的输出比例为7份。近几年来，对新型材料石墨烯的研究发现，基于石墨烯的饱和吸收体有超短的恢 复时间。另外，与SWCNTs的小半径和大表面张力不同，石墨烯由于其独一无二的二维结构， 其表面张力为零或者很小，因此石墨烯拥有比SWCNTs更高的损坏门限。由于作为饱和吸收 体时不可避免的要对SWCNTs材料进行捆绑，催化，粘附无定形碳等，这些都可能导致饱和 吸收作用损失。对于石墨烯材料，这些缺陷是可以避免的，利用二维石墨烯薄片制作的石墨 烯锁模器件紧贴在光纤连接器表面，散射要比捆绑SWCNTs少得多。因此，基于石墨烯锁模 的超短光脉冲产生技术更有发展前景和应用价值。本专利技术基于石墨烯的被动锁模光纤激光器延时反馈混沌化系统，是利用新型纳米材料石墨烯作为饱和吸收体产生超短光脉冲的被动锁模光纤激光器系统，由于系统中加入 延时反馈装置，此基于石墨烯锁模的光纤激光器系统是混沌化系统，本专利技术的混沌系统是 一种最有很有潜力的保密通信的载体，在未来光纤保密通信的商业化的过程中具有很好的 竞争力和发展前景。本专利技术基于石墨烯的被动锁模光纤激光器延时反馈混沌化系统有以下有益效 果1、本专利技术采用被动锁模光纤激光器系统结构产生超短光脉冲输出，不需要外界附 加的调制源，避免了主动锁模激光器中由于引入电调制器而引起的调制带宽限制，可以产 生更短的光脉冲(通常为飞秒级)，并且具有易于同步、输出脉冲峰值功率高等特性，且结 构简单，是真正的全光器件，可以实现全光纤集成。2、本专利技术利用新型纳米材料石墨烯在高光强下的光损耗属性实现石墨烯锁模。将本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于石墨烯的被动锁模光纤激光器延时反馈混沌化系统，结构包括泵浦激光器（１）和激光谐振腔；所述的激光谐振腔，是由单模光纤（８）顺次连接的波分复用光纤耦合器（２）、第一光纤耦合器（３）、锁模装置（９）、掺铒光纤（７）、偏振控制器（５）和隔离器（６）构成的激光通路；其中的第一光纤耦合器（３）将激光分为两路，一路继续在激光谐振腔内运行，另一路作为输出；其中的隔离器（６）使系统中的激光单向运行，并返回波分复用光纤耦合器（２）；其特征在于，在第一光纤耦合器（３）之后加装延时反馈装置；所述的延时反馈装置，由第二光纤耦合器（４）、光探测器（１０）、Ａ／Ｄ转换电路（１１）、单片机（１５）、ＲＳ２３２接口（１６）和光学延迟线（１２）组成，其中由第一光纤耦合器（３）输出的激光由第二光纤耦合器（４）分为两路，一路作为系统的输出，另一路经光探测器（１０）将光电流值输入Ａ／Ｄ转换电路（１１），单片机（１５）接收Ａ／Ｄ转换电路（１１）的数字量进行计算处理，并产生控制信号；经ＲＳ２３２接口（１６）使光学延迟线（１２）接收控制信号，进行延时反馈使整个系统处于混沌化状态；所述的光学延迟线（１２）一端连接第一光纤耦合器（３）的在激光谐振腔内运行的一路，另一端连接锁模装置（９）；所述的锁模装置（９），是由石墨烯片（１３）和两侧的光纤连接器（１４）构成的石墨烯锁模装置。...

【技术特征摘要】
一种基于石墨烯的被动锁模光纤激光器延时反馈混沌化系统，结构包括泵浦激光器(1)和激光谐振腔；所述的激光谐振腔，是由单模光纤(8)顺次连接的波分复用光纤耦合器(2)、第一光纤耦合器(3)、锁模装置(9)、掺铒光纤(7)、偏振控制器(5)和隔离器(6)构成的激光通路；其中的第一光纤耦合器(3)将激光分为两路，一路继续在激光谐振腔内运行，另一路作为输出；其中的隔离器(6)使系统中的激光单向运行，并返回波分复用光纤耦合器(2)；其特征在于，在第一光纤耦合器(3)之后加装延时反馈装置；所述的延时反馈装置，由第二光纤耦合器(4)、光探测器(10)、A/D转换电路(11)、单片机(15)、RS232接口(16)和光学延迟线(12)组成，其中由第一光纤耦合器(3)输出的激光由第二光纤耦合器(4)分为两路，一路作为系统的输出，另一路经光探测器(10)将光电流值输入A/D转换电路(11)，单片机(15)接收A/D转换电路(11)的数字量进行计算处理，并...

【专利技术属性】
技术研发人员：高博，田小建，吴戈，汝玉星，单江东，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：82[中国|长春]