[發明專利]石墨烯被動鎖模光纖激光器

有效

• 申請號: 201110101110.3
• 申請日: 2011-04-21
• 公開（公告）號: CN102208738A
• 公開（公告）日: 2011-10-05
• 發明（設計）人: 王璞;徐佳;劉江
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: H01S3/067
• 分類號: H01S3/067;H01S3/098
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 魏聿珠

技術領域

本發明涉及一種石墨烯被動鎖模光纖激光器，屬于激光技術以及非線性光學領域。

背景技術

光纖激光器具有體積小、重量輕、轉換效率高、輸出光束質量好等優點，近年來得到了迅猛發展。特別是鎖模光纖激光器由于能夠產生高頻率的超短脈沖，在光通信系統、光電傳感、探測診斷、生物醫學、精密微加工和和軍事等眾多領域有著廣闊的前景。鎖模技術主要可分為主動鎖模、被動鎖模以及混合鎖模技術。其中被動鎖模技術由于不需外界附加調制源，易于實現全光纖化的優勢，成為研究的熱點，有著重要的實際應用意義。

被動鎖模技術產生皮秒或飛秒脈沖的基本原理是利用光纖或其他元件中的非線性光學效應對輸入脈沖的強度依賴性，實現各縱模相位鎖定，進而產生超短脈沖。通常實現被動鎖模的技術有半導體可飽和吸收鏡(SESAM)、碳納米管(SWNT)等技術，但是這兩種技術都存在一些不足。SESAM制作工藝復雜、生產成本高、可飽和吸收光譜范圍相對較窄。SWNT雖然具有成本低廉、可飽和吸收光譜范圍寬等優勢，但是制作SWNT可飽和吸收體時其直徑的不可控性，導致SWNT對某些特定的激光波長而言，增加了插入損耗，導致可飽和吸收效應不明顯。

最近，石墨烯(graphene)材料被發現可作為一種新型的可飽和吸收體用于光纖激光器鎖模。石墨烯是由單層碳原子緊密堆積成二維蜂窩狀晶格結構的一種碳質新材料，是構建其他維度碳質材料(如零維富勒烯、一維碳納米管、三維石墨)的基本單元。2004年，英國曼徹斯特大學的科學家安德烈·蓋姆(AndreGeim)和康斯坦丁·諾沃肖羅夫(Konstantin?Novoselov)首次通過機械剝離的方法從大塊石墨上得到了這種納米級的石墨烯薄片。由于石墨烯具有優異的電學、力學和光學性能，可望在高性能電子器件、復合材料、場發射材料、氣體傳感器及能量存儲等領域得到廣泛的應用。

發明內容

由于石墨烯可飽和吸收體具有制備簡單、價格低廉、可飽和吸收光譜范圍寬、鎖模效果好等優點，因此本發明采用石墨烯作為可飽和吸收體用于光纖激光器鎖模。很好的解決了半導體可飽和吸收鏡(SESAM)和碳納米管(SWNT)鎖模技術中存在的制作工藝復雜、生產成本高、可飽和吸收光譜范圍相對較窄等問題。本發明可以產生高重頻、高能量的超短激光脈沖，經過放大后的鎖模種子光可直接進行材料微加工，以及中紅外激光器泵浦源等，有著廣泛的應用前景。

為了實現上述目的，本發明采取了如下技術方案。主要包括泵浦源、波分復用光纖耦合器、增益光纖、輸出耦合器、單模光纖、環形器、石墨烯可飽和吸收體、偏振控制器、隔離器、部分反射型光纖布拉格光柵、全反射型光纖布拉格光柵和反射鏡等。上述的石墨烯鎖模光纖激光器可采用環形腔或線形腔等結構。

一種石墨烯被動鎖模光纖激光器，泵浦源1連接波分復用光纖耦合器2的泵浦輸入端；波分復用光纖耦合器2的公共端連接增益光纖3；增益光纖3的另一端連接輸出耦合器4；輸出耦合器4有兩路激光輸出端口，一路作為激光的直接輸出，另一路光連接到單模光纖5，單模光纖5與環形器6的輸入端相連；石墨烯可飽和吸收體7位于環形器6的公共端；環形器6的輸出端與偏振控制器8相連接，偏振控制器8又連接到波分復用光纖耦合器2的輸入端；上述的波分復用光纖耦合器2、增益光纖3、輸出耦合器4、單模光纖5、環形器6、偏振控制器8構成一個環形腔結構。

一種石墨烯被動鎖模光纖激光器，泵浦源1連接波分復用光纖耦合器2的泵浦輸入端；波分復用光纖耦合器2的公共端連接增益光纖3；增益光纖3的另一端連接隔離器9；隔離器9的輸出端與輸出耦合器4相連；輸出耦合器4有兩路激光輸出，一路直接輸出激光，另一路通過石墨烯可飽和吸收體7連接至偏振控制器8，偏振控制器8又連接到波分復用光纖耦合器2的輸入端；上述的波分復用光纖耦合器2、增益光纖3、隔離器9、輸出耦合器4、單模光纖5、石墨烯可飽和吸收體7、偏振控制器8構成一個環形腔結構。

一種石墨烯被動鎖模光纖激光器，泵浦源1連接波分復用光纖耦合器2的泵浦輸入端；波分復用光纖耦合器2的公共端連接部分反射型光纖布拉格光柵10；部分反射型光纖布拉格光柵10有兩路光路輸出，一路輸出將激光沿原傳播方向相反的方向反射，一路輸出沿原光路傳播方向連接至單模光纖5，單模光纖5的另一端與增益光纖3的一端相連，增益光纖3的另一端連接石墨烯可飽和吸收體7；部分反射型光纖布拉格光柵10和石墨烯可飽和吸收體7之間由部分反射型光纖布拉格光柵10、單模光纖5、增益光纖3、石墨烯可飽和吸收體7構成諧振腔；波分復用光纖耦合器2上留有一個腔內光輸出的輸出端口；