本实用新型专利技术涉及一种基于石墨烯的混合锁模激光器，是一种应用石墨烯的饱和吸收性，同时结合幅度调制的主动锁模来实现混合锁模的激光器。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，优化了混合锁模的性能。?（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）
【技术实现步骤摘要】
本技术涉及一种光纤激光器，尤其是应用石墨烯的饱和吸收性，同时结合幅度调制的主动锁模来实现混合锁模的激光器。
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。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。文献《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铒纤孤子激光器利用异步相位调制产生10吉赫兹826飞秒脉冲序列，光学快报，第30卷，第18期，页码2493-2495, 2005)，阐述了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。
技术实现思路
为了克服常用锁模技术的不足，本技术提供一种的全新的混合锁模激光器，即应用石墨烯的特性良好的饱和吸收性，同时结合幅度调制的主动锁模来实现混合锁模，达到锁模激光器输出高重复频率的超短脉冲。本技术解决其技术问题所采取的技术方案是在激光器中，将石墨烯薄膜附着在光纤上，同时结合幅度调制的主动锁模来实现混合锁模。所述石墨烯是作为饱和吸收体附着在光纤接头端面位置接入环形激光腔内。调制器与外加微波信号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，在此过程中，利用石墨烯的可饱和吸收性使激光脉冲窄化，最后通过耦合器输出观察光谱和脉冲波形并进行比较。偏振控制器用于将输入光偏振态，是强度调制器的调制效率最大化。偏振控制器用于优化激光腔的偏振态以获得最大的脉冲输出功率以及最好的锁模效果。调制器以等于(或者整数倍于)模式间隔的频率调制环形腔内光场的振幅，腔内损耗同样被以频率调制，因为损耗越小，产生的光子数越多，所以腔内光场也以相同频率被调制，这种光强上的微小差异经过腔内的多次往返后不断加强，激光器就能稳定地输出一个锁模脉冲序列。同时当光脉冲通过石墨烯这种吸收体时，当强度足以使石墨烯饱和，其边翼部分损耗大于中央部分的损耗，结果光脉冲在通过石墨烯的过程中就被窄化了。这样我们就通过结合这两种技术实现了高重复频率的超短脉冲。采用以上方案后，本技术的有益效果是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，优化了混合锁模的性能。以下结合附图对本技术作进一步描述。附图说明图I为本技术石墨烯加入激光器环形腔的方式示意图。图中I、石墨烯薄膜2、光纤头。图2为本技术基于石墨烯的混合锁模激光器的结构框图。图中I、调制器2、微波信号3、掺铒光纤放大器4、石墨烯5为稱合器6、7偏振控制器。图3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4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5为不加石墨烯的锁模激光器输出的脉冲激光的光谱图。图6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。具体实施方式根据图I、图2、图3所示，本技术一种基于石墨烯的混合锁模激光器，在激光器中，将石墨烯薄膜I附着在光纤头2上，同时结合幅度调制的主动锁模来实现混合锁模。本技术所述石墨烯是作为饱和吸收体；所述石墨烯薄膜I附着在光纤头2上接入环形激光腔内；所述石墨烯薄膜I附着在光纤接头2端面位置。·本技术在图2的实施例中，调制器I与外加微波信号2调制由掺铒光纤放大器3在环形腔内产生的多个模式来实现主动锁模，在此过程中，利用石墨烯4的可饱和吸收性使激光脉冲窄化，最后通过耦合器5输出观察光谱和脉冲波形并进行比较。实验中用到的参数为输入微波信号2频率为10GHz，强度调制器I偏置电压为0V，掺铒光纤放大器3输出功率200mW。通过f禹合器5输出用500GHz不波器观察输出信号脉冲波形，同时使用光谱分析仪通过耦合器5输出观察输出信号光谱。偏振控制器6用于将输入光偏振态，是强度调制器I的调制效率最大化。偏振控制器7用于优化激光腔的偏振态以获得最大的脉冲输出功率以及最好的锁模效果。图3中即为未加入石墨烯和加入石墨烯激光器产生的锁模脉冲的信号波形和光谱图。由本实施例的具体实施效果中输出锁模脉冲波形图比较可以明显看出，在加入石墨烯进行饱和吸收之后本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于石墨烯的混合锁模激光器，其特征在于：在激光器中，将石墨烯薄膜（1）附着在光纤头（2）上，同时结合幅度调制的主动锁模来实现混合锁模。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：宋啸尘，义理林，张岩，郑燃，倪振华，丁荣，梁铮，胡卫生，
申请(专利权)人：泰州巨纳新能源有限公司，
类型：实用新型
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。