专利名称：基于石墨烯薄膜吸收体的2.0μm波段锁模光纤激光器的制作方法
技术领域：
本实用新型属于光纤激光器制造技术领域，具体涉及一种采用石墨烯薄膜吸收体锁模的2. 0 μ m脉冲光纤激光器，其包括泵浦源、掺铥光纤、光纤合束器、隔离器、偏振控制器、耦合器、保偏光纤、分光器等有源和无源器件，其得到的输出波长2. 0 μ m的光纤激光可以应用于光纤传感、激光医疗、雷达、光学仪器、光纤激光器等诸多领域。
背景技术：
2. 0 μ m波段光纤激光器作为光纤激光器技术研究领域中最前沿的方向之一，已经广泛地应用于激光医疗、光传感、激光测距、激光导航等多个领域。2. Oym波段光纤激光器的研究过程中，锁模脉冲光纤激光器成为研究人员关注的热点。实现锁模光纤激光器的方法主要有主动锁模和被动锁模，主动锁模技术采用接入外调制源实现输出激光的同步模式锁定；被动锁模技术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脉冲输出。因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，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、成本低廉，成为近年来研究与开发的主流。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，然而现有的半导体饱和吸收体制作工艺复杂、对某些特定的激光波长插入损耗高、光谱响应范围窄，导致可饱和吸收效应差、生产成本高。
发明内容针对现有技术存在的上述问题，并基于石墨烯材料饱和吸收的原理，本实用新型提供了一种采用石墨烯薄膜饱和吸收体的2. Ομπι波段被动锁模光纤激光器，其获得的 2. 0 μ m波段脉冲激光具有峰值功率高、脉冲宽度窄、重复频率高等优点，其结构简单、制造成本低，并且易于与光纤系统集成，通过调节偏振控制器，实现输出脉冲波长的调谐。为实现上述目的，本实用新型采取以下技术方案基于石墨烯薄膜吸收体的 2. Oym波段被动锁模光纤激光器，包括泵浦源(1)、合束器O)、掺铥光纤(3)、隔离器0)、 第一偏振控制器(5)、耦合器(6)、保偏光纤(7)、第二偏振控制器(8)、分光器(10)、石墨烯锁模器(9)，石墨烯锁模器(9)由活动连接器(12)、石墨烯薄膜(13)组成，石墨烯薄膜(13) 嵌入活动连接器(12)内作为吸收体；所述的隔离器(4)为2. Ομπι波段隔离器；泵浦源 (1)通过光纤连接合束器O)的第一端口(a)，合束器O)的第二端口(c)与掺铥光纤(3) 的一端通过光纤相连；合束器⑵的第三端口(b)与2.0μπι波段隔离器(4)的输入端口通过光纤相连，2. Oym波段隔离器的输出端口与第一偏振控制器(5)的一端通过光纤相连，第一偏振控制器(5)的另一端与耦合器(6)的第一端口(d)通过光纤连接；耦合器(6) 的第二端口(e)与保偏光纤(7)的一端通过光纤相连，保偏光纤(7)的另一端与第二偏振控制器(8)的一端通过光纤相连，第二偏振控制器(8)的另一端与耦合器(6)的第三端口
3(f)通过光纤相连；耦合器(6)的第四端口(g)与石墨烯锁模器(9)的一端通过光纤(11) 相连，石墨烯锁模器(9)的另一端与分光器(10)的第一端口(h)通过另一条光纤(11)相连；与石墨烯锁模器(9)相连的两条光纤(11)都伸入活动连接器(1 内并分别通过活动接头(14)与活动连接器(1 固定连接，两条光纤(11)的端部相对且留有间隙，所述的石墨烯薄膜(I3)处于该间隙；分光器(10)的第二端口(i)与掺铥光纤(3)的另一端通过光纤相连；分光器(10)的输出端口(j)获得2.0 μ m波段锁模激光。优选的，泵浦源(1)的波长为793nm。优选的，掺铥光纤(3)的长度为:3m。优选的，石墨烯锁模器(9)为微米级厚度的石墨烯薄膜(13)。优选的，分光器(10)采用80 20的分光器。选择3米长掺铥光纤，在泵浦源的作用下，其长度满足产生2. 0 μ m波段激光所需的增益。在耦合器的端口 e和端口 f之间接入一段高双折射型的保偏光纤和一个偏振控制器，通过调节偏振控制器，改变光信号在光纤中的偏振相关损耗，从而改变耦合器的端口 e 和端口 f之间光信号的干涉波长，实现激光振荡波长的调谐。2. 0 μ m波段激光由于其较好的穿透性和水分吸收性能，是激光技术领域最具有应用前景的类型之一，而现有技术中，采用的饱和吸收体对2. 0 μ m波段饱和吸收效果不佳， 因此，只能应用于非2.0 μ m波段。石墨烯是一种光学材料，其光谱响应范围宽、吸收饱和阈值低、插入损耗低、结构简单、易与光纤系统耦合，是理想的饱和吸收材料。本实用新型采用石墨烯薄膜被动锁模结构，利用石墨烯作为饱和吸收体，石墨烯在2. 0 μ m波段饱和吸收效果大大提高，对掺铥光纤激光器进行被动锁模，获得2. 0 μ m波段锁模脉冲激光。本实用新型获得的2. Ομπι波段锁模激光稳定性好、峰值功率高、脉冲宽度窄、重复频率高，具有较高的性价比，所获得的2. 0 μ m波段脉冲激光除了在激光医疗、传感等领域得以应用之外，在其它方向也有许多潜在的应用，比如激光导航、激光测距、光谱分析、物理及安全等领域。本实用新型可以得到峰值强度大于10nJ、脉冲宽度ps量级、重复频率大于IOOMHz 的2. 0 μ m波段脉冲激光，随着各种光电器件的发展，将会得到更高强度、更短脉冲、更高重复频率的2. 0 μ m波段脉冲激光，并且其应用也将更加广泛。
图1为基于石墨烯薄膜吸收体的2.0μπι波段锁模光纤激光器的结构示意图。图2为石墨烯锁模器的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型做进一步说明。参见图1，基于石墨烯薄膜吸收体的2. 0 μ m波段锁模光纤激光器包括泵浦源1、合束器2、掺铥光纤3、2. 0 μ m波段隔离器4、偏振控制器5、耦合器6、保偏光纤7、偏振控制器 8、石墨烯锁模器9、分光器10。本实施例中，泵浦源1的波长为793nm，掺铥光纤3的长度为 3m、隔离器4为2. Oym波段隔离器。如图2所示，石墨烯锁模器9由活动连接器12、微米级厚度的石墨烯薄膜13组成，活动连接器12中间嵌入微米级厚度的石墨烯薄膜13，石墨烯薄膜13作为饱和吸收体，通过石墨烯薄膜的饱和吸收作用，振荡光信号在吸收体内形成饱和吸收效应，实现对振荡信号的被动锁模，获得2. 0 μ m波段锁模脉冲激光的输出。 泵浦源1通过光纤连接合束器2的端口 a，泵浦源1产生的泵浦光通过合束器2耦合进入环形腔，合束器2的端口 c与掺铥光纤3的一端通过光纤相连。合束器2的端口 b 与2. 0 μ m波段隔离器4的输入端口通过光纤相连，2. 0 μ m波段隔离器4的输出端口与偏振控制器5的一端通过光纤相连，偏振控制器5的另一端与耦合器6的端口 d通过光纤连接； 耦合器6的端口 e与保偏光纤7的一端通过光纤相连，保偏光纤7的另一端与偏振控制器8 的一端通过光纤相连，偏振控制器8的另一端与耦合器6的端口 f通过光纤相连；耦合器6 的端口 g与石墨烯锁模器9通过光纤11相连，石墨烯锁模器9的另一端与分光器10的端口 h通过另一条光纤11相连，两条光纤11的一端部都伸入活动连接器12内，并分别通过活动接头14旋接于活动连接器12的两端，两条光纤11的该端部相对且留有间隙，石墨烯薄膜13纵向置入该间隙。分光器10的端口 i与掺铥光纤3的另一端通过光纤相连；分光器10的输出端口 j获得2. 0 μ m波段锁模激光。泵浦源1产生的泵浦光通过合束器2耦合进入掺铥光纤3，获得2. 0 μ m波段光增益后，由耦合器6、保偏光纤7和偏振控制器8调节偏振干涉波长，在此过程中，通过调节偏振控制器8，改变光信号在光纤中的偏振相关损耗，从而改变耦合器6的e端口和f端口之间光信号的干涉波长，实现激光振荡波长的调谐；再经过石墨烯锁模器9锁模，由分光器10 输出2. 0 μ m波段脉冲激光。为了尽可能的减少损耗，环形腔内各个器件之间的连接点直接熔接在一起，选取 80 20的分光器10，使其既能为激光腔提供足够的反馈，又能使输出功率最大。微米级厚度的石墨烯薄膜13接入环形腔，通过调节偏振控制器8，实现峰值强度大于10nJ、脉冲宽度ps量级、重复频率大于IOOMHz的2. 0 μ m波段脉冲激光。为防止793nm泵浦源1影响输出信号，采用背向泵浦的方式，2. 0 μ m波段隔离器4 的使用保证光在腔内的单向传输。以上对本实用新型的优选实施例及原理进行了详细说明，对本领域的普通技术人员而言，依据本实用新型提供的思想，在具体实施方式
上会有改变之处，而这些改变也应视为本实用新型的保护范围。
权利要求1.基于石墨烯薄膜吸收体的2.Oym波段锁模光纤激光器，包括泵浦源(1)、合束器 (2)、掺铥光纤(3)、隔离器(4)、第一偏振控制器( 、耦合器(6)、保偏光纤(7)、第二偏振控制器(8)、分光器(10)，其特征是还包括石墨烯锁模器(9)，石墨烯锁模器(9)由活动连接器 (12)、石墨烯薄膜(13)组成，石墨烯薄膜(13)嵌入活动连接器(12)内作为饱和吸收体；所述的隔离器⑷为2. 0 μ m波段隔离器(4)；泵浦源(1)通过光纤连接合束器O)的第一端口(a)，合束器O)的第二端口(c)与掺铥光纤⑶的一端通过光纤相连；合束器⑵的第三端口(b)与2.0 μ m波段隔离器的输入端口通过光纤相连，2.0 μ m波段隔离器的输出端口与第一偏振控制器(5)的一端通过光纤相连，第一偏振控制器(5)的另一端与耦合器(6)的第一端口(d)通过光纤连接；耦合器(6)的第二端口(e)与保偏光纤(7)的一端通过光纤相连，保偏光纤(7)的另一端与第二偏振控制器(8)的一端通过光纤相连，第二偏振控制器(8)的另一端与耦合器 (6)的第三端口(f)通过光纤相连；耦合器(6)的第四端口(g)与石墨烯锁模器(9)的一端通过光纤(11)相连，石墨烯锁模器(9)的另一端与分光器(10)的第一端口(h)通过另一条光纤(11)相连；与石墨烯锁模器(9)相连的两条光纤(11)都伸入活动连接器(1 内并分别通过活动接头(14)与活动连接器(1 固定连接，两条光纤(11)的端部相对且留有间隙，所述的石墨烯薄膜(13) 处于该间隙；分光器(10)的第二端口(i)与掺铥光纤(3)的另一端通过光纤相连；分光器 (10)的输出端口(j)获得2.0μπι波段锁模激光。
2.根据权利要求1所述基于石墨烯薄膜吸收体的2.0 μ m波段锁模光纤激光器，其特征在于所述泵浦源(1)的波长为793nm。
3.根据权利要求1所述基于石墨烯薄膜吸收体的2.0 μ m波段锁模光纤激光器，其特征在于所述掺铥光纤(3)的长度为:3m。
4.根据权利要求1所述基于石墨烯薄膜吸收体的2.0 μ m波段锁模光纤激光器，其特征在于所述石墨烯锁模器(9)为微米级厚度的石墨烯薄膜(13)。
5.根据权利要求1所述基于石墨烯薄膜吸收体的2.0 μ m波段锁模光纤激光器，其特征在于所述的分光器(10)采用80 20的分光器。
专利摘要本实用新型公开了基于石墨烯薄膜吸收体的2.0μm波段锁模光纤激光器，合束器三端口分别连接泵浦源、掺铥光纤、2.0μm波段隔离器，隔离器输出端与第一偏振控制器相连，第一偏振控制器的另一端与耦合器端口d连接；保偏光纤两端分别连接耦合器端口e、第二偏振控制器，第二偏振控制器的另一端与耦合器端口f相连；耦合器端口g与石墨烯锁模器通过光纤相连，石墨烯锁模器的另一端与分光器端口h通过另一条光纤相连；与石墨烯锁模器相连的两条光纤都伸入活动连接器内并与活动连接器固接，两条光纤的端部相对且留有间隙，石墨烯薄膜处于该间隙作为饱和吸收体；分光器端口i与掺铥光纤的另一端相连；分光器端口j获得2.0μm波段锁模激光。上述连接都采用光纤相连。
文档编号H01S3/098GK202260109SQ20112035863
公开日2012年5月30日 申请日期2011年9月22日 优先权日2011年9月22日
发明者周雪芳, 李齐良, 梁功权, 王天枢, 缪雪峰, 钱胜 申请人:杭州电子科技大学