一种可调谐多波长微光纤激光器及其制备方法技术

一种可调谐多波长微光纤激光器及其制备方法，所述激光器包括与泵浦激光器相连的第一锥形光纤，与激光输出端相连的第二锥形光纤，还包括放置在基质上的线型微谐振腔，该线型微谐振腔由宽带微光纤布拉格光栅、一段涂覆石墨烯的微光纤以及高掺杂微光纤梳状滤波器串联而成。所述的宽带微光纤布拉格光栅和高掺杂微光纤梳状滤波器分别与第一锥形光纤和第二锥形光纤相耦合。所述的高掺杂微光纤梳状滤波器用紫外胶固定在低折射率基质上，本发明专利技术通过加热该高掺杂微光纤梳状滤波器所浸入的高热敏系数的溶液，改变微光纤的有效折射率，进而改变高掺杂微光纤梳状滤波器的选频特性，来实现波长数目和波长间隔调谐输出。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】，所述激光器包括与泵浦激光器相连的第一锥形光纤，与激光输出端相连的第二锥形光纤，还包括放置在基质上的线型微谐振腔，该线型微谐振腔由宽带微光纤布拉格光栅、一段涂覆石墨烯的微光纤以及高掺杂微光纤梳状滤波器串联而成。所述的宽带微光纤布拉格光栅和高掺杂微光纤梳状滤波器分别与第一锥形光纤和第二锥形光纤相耦合。所述的高掺杂微光纤梳状滤波器用紫外胶固定在低折射率基质上，本专利技术通过加热该高掺杂微光纤梳状滤波器所浸入的高热敏系数的溶液，改变微光纤的有效折射率，进而改变高掺杂微光纤梳状滤波器的选频特性，来实现波长数目和波长间隔调谐输出。【专利说明】 —种可调谐多波长微光纤激光器及其制备方法
本专利技术光纤传感、光纤通信等领域所应用的光源，是一种基于微光纤的可调谐多波长光纤激光器。
技术介绍
多波长激光器是一种重要的光电子器件，在光纤通信系统、光纤传感、光谱分析等领域有着十分重要的应用。近年来，随着微纳光子学的发展和光纤制备工艺的不断改进，低损耗的微纳光纤已经被制备出来，并已应用于制作微纳光子学器件。微型光纤激光器通过一段掺杂微纳光纤提供增益，增益光纤构成的光学谐振腔具有滤波和选频的双重作用，结构紧凑，操作方便，成本很低，便于调谐，可满足不同领域应用需求。目前，国际上已经实现了微盘激光器、微光纤环形结激光器、微球激光器等微型化激光器。然而，目前大多数微型化激光器都是单一波长激射，多波长微型化激光器很少有报道。因此，开发一种基于微纳光纤的多波长激光器很有必要。目前多实现多波长输出的方法多种多样。常见的有:将稀土光纤液氮冷却到77K，使用相位调制器或频移器、腔内引入非线性增益如四波混频、受激拉曼/布里渊散射。其中，在腔内引入四波混频技术可能最为简单，易于实现。研究者通常将几千米高非线性光纤或光子晶体光纤插入多波长稀土光纤激光腔内激发非线性四波混频，但这会大大增加系统尺寸和系统成本。因此,开发一种低成本、高非线性光学材料,使其更容易地激发四波混频，并且更容易地应用到微光纤激光器中，更显得非常重要。石墨烯材料由于其独特的二维原子结构，其三阶非线性系数高达10_7esU，比普通石英玻璃光纤大8个数量级，在超薄的石墨烯片中就能容易地产生极强的非线性四波混频，因此，可将其引入稀土掺杂光纤谐振腔中，实现稳定的多波长输出。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供，本专利技术的方案利用微米直径光纤制备出尺寸小、稳定、可调谐的多波长光纤激光器。本专利技术的目的通过以下技术方案实现:一种可调谐多波长微光纤激光器，包括依次相连的泵浦激光器、线型谐振腔和激光输出端；泵浦激光器与线型谐振腔之间还接有第一锥形光纤，激光输出端与线型谐振腔之间还接有第二锥形光纤。进一步地，所述线型谐振腔放置在低折射率基质上，线型谐振腔包括依次相连的宽带微光纤布拉格光栅、表面涂覆石墨烯的微光纤和高掺杂微光纤梳状滤波器，宽带微光纤布拉格光栅的另一端还与第一锥形光纤相连，高掺杂微光纤梳状滤波器的另一端还与第二锥形光纤相连。进一步地，宽带微光纤布拉格光栅、表面涂覆石墨烯的微光纤和高掺杂微光纤梳状滤波器之间通过微光纤相连。进一步地,高掺杂微光纤梳状滤波器包括第一微光纤萨格奈克环和第二微光纤萨格奈克环，第一微光纤萨格奈克环和第二微光纤萨格奈克环通过稱合区域相连。一种可调谐多波长微光纤激光器的制备方法，包括制备表面涂覆石墨烯的微光纤、宽带微光纤布拉格光栅、高掺杂微光纤梳状滤波器和锥形光纤的步骤，以及将第一锥形光纤、宽带微光纤布拉格光栅、表面涂覆石墨烯的微光纤、高掺杂微光纤梳状滤波器、第二锥形光纤依次相连的步骤。进一步地，制备表面涂覆石墨烯的微光纤、宽带微光纤布拉格光栅的方法包括:I)用火焰加热法把普通单模光纤或无包层的高掺杂稀土离子光纤拉细至微米尺度直径，得到微光纤；2)用光学诱导沉积法，在上述微光纤的一端涂覆石墨烯，即:将石墨烯分散液在光倏逝场的作用下沉积到指定部位，得到一段表面涂覆石墨烯的微光纤；3)在微光纤的另一端用相位掩模法刻写宽带微光纤布拉格光栅。进一步地，制备高掺杂微光纤梳状滤波器的方法包括:4a)将无包层的高掺杂稀土离子光纤用火焰加热法拉细至微米尺度直径，得到高掺杂稀土离子微光纤，将高掺杂稀土离子微光纤的一端固定在第一光纤夹具上；4b)将高掺杂稀土离子微光纤的另一自由端向第一光纤夹具缓慢靠近，待高掺杂稀土离子微光纤的腰锥处弯成一个大环后，往高掺杂稀土离子微光纤的轴向缓慢旋转自由端;4c)大环分裂成两个小环，即第一微光纤萨格奈克环和第二微光纤萨格奈克环，第一微光纤萨格奈克环和第二微光纤萨格奈克环之间的微光纤部分成为两环之间稱合区域；4d)将高掺杂稀土离子微光纤的自由端固定在第二光纤夹具上，这样便制备得到高掺杂微光纤梳状滤波器；再将高掺杂微光纤梳状滤波器从两光纤夹具上取下，放置在低折射率基质上，用紫外胶进行固定。进一步地，制备锥形光纤及连接各器件的步骤包括:5)用火焰加热法把两段普通单模光纤分别单边拉细，得到第一锥形光纤和第二锥形光纤；6)将步骤1)、2)、3)所制备的微光纤也放置在低折射率基质上，在光学显微镜下，通过微操作，将微光纤与步骤4d)所制备的高掺杂微光纤梳状滤波器通过范德华力和静电吸引力进行耦合连接；7)将步骤5)所得的第一锥形光纤和第二锥形光纤的细端分别与宽带微光纤布拉格光栅的输入端及高掺杂微光纤梳状滤波器的输出端通过范德华力和静电吸引力进行耦合连接，得到线型谐振腔；8)将泵浦激光器的输出端与第一锥形光纤的粗端相连；9)将激光输出端与第二锥形光纤的粗端相连。进一步地，步骤2)制备表面涂覆石墨烯的微光纤的方法具体包括:首先将微光纤的一端与掺铒光纤放大器相连，掺铒光纤放大器的输入端连接到一个泵浦激光器上，微光纤的另一端则与光功率计相连；在微光纤指定部位通过载玻片进行支撑，再将石墨烯粉末用超声法均匀分散到分散液中，得到石墨烯分散液；用化学滴管将石墨烯分散液滴至载玻片所支撑的微光纤上进行沉积，同时开启泵浦激光器以提供激光源，经过掺铒光纤放大器放大之后，将功率足够高的激光注入微光纤中，出射激光的强度通过光功率计监测，得到沉积过程中透射功率的变化；当沉积过程持续一段时间，光功率计上监测到的功率值符合所需时，关闭泵浦激光器，将微光纤从石墨烯分散液中移出。所述的激光器的调谐方法，包括:将高掺杂微光纤梳状滤波器浸没在高热敏系数的溶液中，通过改变溶液的温度以改变溶液的折射率，然后通过微光纤的倏逝场效应来改变高掺杂微光纤梳状滤波器的有效折射率，进而改变高掺杂微光纤梳状滤波器所得的梳状谱的谐振波长及波长间隔，最终实现所述多波长激光器的激射波长和激射数目的改变。本专利技术与现有技术相比，具有以下主要的优点:(I)本专利技术的微光纤激光器通过一段高掺杂微光纤提供增益,增益微光纤复合结构构成的宽带梳状滤波器具有增益和滤波的双重作用，结构紧凑。(2)本专利技术采用三阶非线性系数很高的石墨烯材料，通过在微光纤外面涂覆石墨烯，利用微光纤的强倏逝场特性，结合石墨烯的高非线性效应，可以激发微谐振腔内的四波混频，从而有效抑制稀土离子的均匀展宽，实现多波长的稳定激射。(3)本专利技术的可调谐多波长微光纤激光器为全光纤化器件，具有小型化、制备简单、易于与光纤系统集成、易于调节和控制等特性。【专利附图】【附图本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种可调谐多波长微光纤激光器，其特征在于：包括依次相连的泵浦激光器（4）、线型谐振腔和激光输出端（7）；泵浦激光器（4）与线型谐振腔之间还接有第一锥形光纤（5），激光输出端（7）与线型谐振腔之间还接有第二锥形光纤（6）。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：孙琪真，贾卫华，孙小慧，徐志林，罗海鹏，刘德明，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42