[發明專利]激光誘導石墨烯電調諧被動鎖模光纖激光器

在審

• 申請號: 202210517522.3
• 申請日: 2022-05-13
• 公開（公告）號: CN115036779A
• 公開（公告）日: 2022-09-09
• 發明（設計）人: 張弘;朱月紅;鄧國亮;王樹同;吳竹晶
• 申請（專利權）人: 四川大學
• 主分類號: H01S3/067
• 分類號: H01S3/067;H01S3/0941;H01S3/10;H01S3/098;H01S3/11
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本發明公開了一種基于激光誘導石墨烯的電調諧被動鎖模光纖激光器，屬于鎖模光纖激光器技術領域。該激光器包括：半導體泵浦源、波分復用器、摻鉺增益光纖、Co2+:ZnS可飽和吸收體、偏振控制器、光隔離器、光耦合器、激光誘導石墨烯電調諧器件、直流電源。激光誘導石墨烯電調諧器件由激光誘導石墨烯電極和長周期光纖光柵組成。利用Co2+:ZnS材料的可飽吸收體特性使激光器實現穩定鎖模，同時通過石墨烯電極將直流電源的電能轉換為熱能，石墨烯電極的溫度變化將導致長周期光柵的透射譜發生變化，進而實現鎖模激光器的輸出波長調諧。所述波長可調諧鎖模激光器具有制備簡單、成本低、調諧速度快、調諧精度高、使用方便，全光結構等優點，易于產業化應用。

技術領域

本發明涉及超快光纖激光領域，具體涉及一種激光誘導石墨烯電調諧被動鎖模光纖激光器。

背景技術

波長可調諧鎖模光纖激光器已廣泛應用于傳感、光譜分析、生物醫學研究、材料加工、光通信網絡等領域。隨著通信容量的增加，相干光通信需要提供更大的帶寬和傳輸速度，這就對激光器的線寬和調諧速度的要求越來越高。將可調諧鎖模光纖激光器應用于現代光通信系統當中，不僅能夠降低成本，還可以獲得更高的傳輸速率，為未來高碼率密集波分復用系統和未來相干光通信的發展提供了有力的技術支持。

傳統波長調諧方法常是通過控制激光諧振腔內損耗，進而控制諧振腔的凈增益，但損耗影響了整個有效腔體增益，可能破壞穩定的鎖模工作。并且，當前存在的幾種全光纖光學濾波器存在調諧范圍小、損傷閾值低、制備工藝復雜、價格昂貴等缺點。

發明內容

本發明的目的在于提供一種結構簡單，調諧范圍大，調諧速度快，成本低廉，輸出穩定的可調諧被動鎖模光纖激光器。光譜移動約14.63nm。

本發明采用以下技術方案：

一種激光誘導石墨烯電調諧被動鎖模光纖激光器，其特征在于，包括：半導體泵浦源(1)，半導體泵浦光源(1)順次連接有980/1550nm波分復用器(2)，增益介質(3)，錐形Co²⁺:ZnS薄膜可飽和吸收體鎖模器件(4)，偏振控制器件(5)，偏振無關光隔離器(6)，輸出耦合器件(7)，激光誘導石墨烯電調諧器件(8)和單模光纖；半導體泵浦源作為光源，光源通過波分復用器耦合注入摻鉺光纖中，摻鉺光纖作為光纖激光器的增益介質，當泵浦光入射到摻鉺增益光纖中，會發生自發輻射和受激輻射而發射出光子；錐形Co²⁺:ZnS薄膜可飽和吸收體是基于倏逝波的鎖模器件，作為諧振腔中的光調制器件在鎖模的過程中發揮重要作用，可以對諧振腔內損耗進行周期性調制，實現鎖模激光輸出；通過調節偏振控制器可以改變光纖的偏振態，改變光在腔中的傳輸狀態；通過偏振無關隔離器確保激光在腔內的單向傳輸，抑制反射光波對光源的不利影響；光耦合器將腔內光波分為兩路，一路與后續的激光誘導石墨烯電調諧器件連接，使光波繼續在光纖激光器腔內傳輸放大，一路光波作為鎖模激光器的輸出端；激光誘導石墨烯電調諧器件由激光誘導石墨烯電極和長周期光纖光柵組成，用于調節腔內不同波長光波的損耗，實現鎖模激光器輸出波長的調諧；石墨烯電極能夠將直流電源的電能轉換為熱能，實現溫度的精密調控；長周期光纖光柵作為窄帶濾波器件，其透射譜受溫度調控。石墨烯電極作為溫度控制源，將直流電源的電能轉化為熱能，以實現溫度的精密調控，溫度調控進一步被傳遞到長周期光纖光柵，溫度調控帶來長周期光纖光柵的波長偏移可以用公式表示，其中λ₀為中心波長，Λ為光柵周期，n_co和分別為

基模和包層第m模的有效折射率，T為溫度，溫度對長周期光纖光柵影響而引起的波長位移是由熱光學效應(右一項)和光柵周期的熱膨脹(右二項)引起的。在標準光纖中，芯層(由SiO₂+GeO₂組成)的熱光系數大于包層(僅由SiO₂組成)的熱光系數，因此波長將向更長的波長偏移。進一步的說，錐形Co²⁺:ZnS薄膜可飽和吸收體是一種基于倏逝波的鎖模器件，其是通過真空鍍膜技術將Co²⁺:ZnS材料沉積到束腰直徑為10μm～30μm的微納光纖錐上制備而成的被動鎖模器件。