[發明專利]一種基于氧化石墨烯的窄線寬多波長摻鉺光纖激光器

無效

• 申請號: 201410106703.2
• 申請日: 2014-03-21
• 公開（公告）號: CN103825178A
• 公開（公告）日: 2014-05-28
• 發明（設計）人: 童崢嶸;郝霞;曹曄;張衛華;于雪莉
• 申請（專利權）人: 天津理工大學
• 主分類號: H01S3/067
• 分類號: H01S3/067;H01S3/06
• 代理公司: 天津佳盟知識產權代理有限公司 12002
• 代理人: 侯力

技術領域

?本發明屬于高速光纖通信和激光技術領域特別是一種基于氧化石墨烯的窄線寬多波長摻鉺光纖激光器。

背景技術

多波長光纖激光器是當前波分復用高速通信系統領域研究的熱點。目前，在波分復用網絡中，一般采用半導體分布反饋激光器作為光源。然而，每一個波分復用支路需要一個穩定的分布反饋激光器光源，這導致了系統的復雜性，增加了系統的成本，而且無法滿足穩定性的要求。在小規模的波分復用網絡中（一般小于10個支路），減小光源的成本和復雜性顯得尤為重要。因此，多波長激光器增加了波分復用技術的經濟效益。多波長工作的摻鉺光纖激光器在未來可以代替密集波分復用（DWDM）光纖通信系統中單個半導體激光器，近年來成為了研究熱點。多波長激光器可以同時為多個信道提供所需光源，使光發射端的設計更為緊湊、經濟，因而在密集波分復用系統中有很重要的用途。隨著對光纖激光器研究的不斷深入，其應用的范圍不斷擴展，實用化的步伐不斷加快。

多波長摻鉺光纖激光器以結構緊湊、成本低、與光通信網絡兼容、能夠在室溫下穩定工作等優勢而成為研究熱點。

實現多波長摻鉺光纖激光器的技術手段有很多種，但大多輸出波長數目有限，且難以維持穩定性。在傳統的激光器中，通常使用特種光纖或者幾千米甚至幾十千米的單模光纖進行穩頻，抑制激光器中的模式競爭效應，特種光纖價格較貴，而單模光纖的損耗較大。2010年，氧化石墨烯被證明具有光學非線性效應。因此氧化石墨烯可以作為非線性介質應用于光纖激光器中抑制鉺纖的模式競爭效應達到穩頻的效果。本發明使用新型材料氧化石墨烯代替傳統的器件，同時利用其非線性和可飽和吸收特性，能有效的抑制摻鉺光纖帶來的模式競爭效應并壓窄線寬，產生穩定的窄線寬激光，具有工藝簡單，成本低廉，容易實現等特點。

發明內容

本發明的目的是針對上述存在問題，提供一種低成本、高穩定性的基于氧化石墨烯的窄線寬多波長摻鉺光纖激光器。

本發明的技術方案：

一種基于氧化石墨烯的窄線寬多波長摻鉺光纖激光器，由波分復用器、摻鉺光纖、偏振控制器a、偏振相關隔離器、偏振控制器b、保偏光纖、毛細管、氧化石墨烯和10：90光耦合器組成并通過單模光纖連接構成環路諧振腔，波分復用器的三個端口分別為輸入端a、輸出端b和輸入端c，其中輸入端a與980nm/1480nm泵源連接；毛細管中裝有一段端面涂覆有氧化石墨烯溶液的單模光纖，該單模光纖直徑與毛細管直徑匹配；光耦合器的三個端口分別為輸入端d、輸出端e和輸出端f，其中輸出端f為整個激光器的輸出端。

所述保偏光纖的長度為5-10m。

所述毛細管的長度為3cm、直徑為126μm。

所述裝有單模光纖的毛細管的制備方法，步驟如下：

1）選取直徑為125μm的標準單模光纖，剝去光纖的涂覆層，將光纖端面切割平整，然后浸入濃度為2mg/ml的氧化石墨烯溶液中靜置30分鐘后取出，室溫下晾干；

2）重復上述步驟4-6次，經多次提拉至達到鍍膜厚度為18-22μm；

3）將末端鍍有氧化石墨烯的單模光纖插入直徑為126μm的毛細管中，與另一段同直徑的單模光纖對接并進行封裝固定即可。

本發明的工作機理：

氧化石墨烯具有獨特的非線性光學特性,?比石墨烯更加容易獲得，制作工藝簡單；相比與其他非線性介質如光子晶體光纖、色散位移光纖等花費成本較低；對于常用的較長標準單模光纖作為非線性介質，能夠大大降低腔內損耗。因此，氧化石墨烯是一種能夠抑制摻鉺光纖的模式競爭產生穩定激光輸出的新型介質。氧化石墨烯具有很強的光吸收特性，同樣可以作為可飽和吸收體。在實現激光穩定輸出的基礎上，利用其較強的光吸收特性可以起到一定的窄化線寬的作用，可應用于光纖通信領域。環路諧振腔中由偏振控制器a、偏振相關隔離器、偏振控制器b和保偏光纖組成Lyot濾波器，利用非線性偏振旋轉效應，Lyot濾波器作為一種梳狀濾波器可以實現多波長的產生，其中保偏光纖的長度選擇為5-10m范圍，用于增加系統的非線性偏振旋轉效應，并根據其參數特性，得到的波長間隔理論值為0.4-0.8nm，符合國際電信聯盟(ITU)對密集波分復用系統中光通道的波長間隔建議標準，具有一定的應用價值。

本發明的優點和有益效果是：通過將氧化石墨烯溶液經過多次提拉涂覆的方法鍍到單模光纖的端面上，并利用毛細管作為平臺實現光纖對接，將氧化石墨烯作為一種新型非線性介質接入到環路諧振腔中，可有效抑制摻鉺光纖產生的模式競爭效應，并配合Lyot結構作為梳狀濾波器產生多波長的穩定輸出；該激光器結構簡單，成本低，技術經濟效果顯著，適于推廣應用。