本發(fā)明涉及一種激光器，特別是涉及一種基于石墨烯的雙波長(zhǎng)同步調(diào)Q光纖激光器。

背景技術(shù)：

光纖激光器具有其它傳統(tǒng)的激光器所無法比擬的高轉(zhuǎn)換效率、高輸出功率、高光束質(zhì)量、高穩(wěn)定性、寬帶可調(diào)性和易小型化、無需制冷、維護(hù)簡(jiǎn)單等特點(diǎn)。

雙波長(zhǎng)同步調(diào)Q脈沖激光源因在波分復(fù)用系統(tǒng)、光子微波信號(hào)處理、太赫茲產(chǎn)生源等領(lǐng)域具有巨大的潛在應(yīng)用，引起了國(guó)內(nèi)外激光科學(xué)家的廣泛興趣。然而，目前大多數(shù)調(diào)Q光纖激光器僅單一波長(zhǎng)激射，實(shí)現(xiàn)雙波長(zhǎng)的同步調(diào)Q激光脈沖仍少有報(bào)道。因此開發(fā)一種低成本的雙波長(zhǎng)同步調(diào)Q光纖激光器顯得非常必要。

石墨烯自2004年發(fā)現(xiàn)至2010年被授予諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)，短短6年時(shí)間便成為國(guó)際研究的熱點(diǎn)并得到學(xué)術(shù)界的廣泛認(rèn)可。石墨烯是零帶隙的半導(dǎo)體材料，其能帶結(jié)構(gòu)在K空間呈對(duì)頂?shù)碾p錐形，費(fèi)米能級(jí)在狄拉克點(diǎn)之上。正是石墨烯這種獨(dú)特的能帶結(jié)構(gòu)，使得石墨烯具有寬光帶的相互作用，可以覆蓋可見光和近紅外。另外由于泡里阻塞現(xiàn)象的存在，石墨烯存在可飽和吸收現(xiàn)象。在石墨烯的可飽和吸收過程中存在兩個(gè)特征弛豫時(shí)間：通過載流子-載流子散射實(shí)現(xiàn)的帶內(nèi)載流子熱平衡，以及隨后的載流子-聲子散射和帶間載流子復(fù)合過程。帶內(nèi)載流子熱平衡時(shí)間極短，在10-107fs范圍內(nèi)。帶間載流子熱平衡的時(shí)間較長(zhǎng)，在0.4-1.7ps左右?？梢娛┑目娠柡臀仗匦缘臅r(shí)間響應(yīng)能力是極快的。由于石墨烯的泡里阻塞效應(yīng)，當(dāng)兩束光與石墨烯相互作用時(shí)就會(huì)產(chǎn)生交叉吸收調(diào)制作用?；谑┑慕徊嫖照{(diào)制特性，石墨烯可以充當(dāng)多波長(zhǎng)同步調(diào)Q激光器的可飽和吸收體。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種基于石墨烯的雙波長(zhǎng)同步調(diào)Q光纖激光器。

本發(fā)明設(shè)有波分復(fù)用器、增益光纖、光隔離器、輸出光耦合器、泵浦源、偏振控制器、基于石墨烯的可飽和吸收體。

所述雙波長(zhǎng)同步調(diào)Q光纖激光器由兩個(gè)環(huán)形腔構(gòu)成，兩個(gè)環(huán)形腔分別充當(dāng)1550nm波長(zhǎng)和1060nm波長(zhǎng)激光的諧振腔。泵浦源輸出的泵浦光通過波分復(fù)用器的泵浦輸入端注兩個(gè)環(huán)形腔的公共部分，光耦合器的輸出端用于輸出腔內(nèi)震蕩產(chǎn)生的同步調(diào)Q脈沖。

所述雙波長(zhǎng)被動(dòng)調(diào)Q開關(guān)采用通過將石墨烯材料附著于微納光纖的倏逝場(chǎng)上構(gòu)建。石墨烯通過PDMS為襯底來進(jìn)行轉(zhuǎn)移，與氟化鎂晶體共同形成被動(dòng)調(diào)Q開關(guān)。

本發(fā)明利用石墨烯材料的強(qiáng)可飽和吸收特性的同時(shí)，還利用了石墨烯對(duì)兩束光的交叉吸收調(diào)制特性，使兩個(gè)環(huán)形腔形成的雙波長(zhǎng)調(diào)Q激光脈沖實(shí)現(xiàn)同步輸出。

基于石墨烯的雙波長(zhǎng)同步調(diào)Q光纖激光器的制作方法的步驟包括如下：

1)首先將直徑約為125μm的單膜光纖進(jìn)行拉錐處理，拉錐直徑制作為約1-10μm；

2)將拉錐處理的微納光纖鋪設(shè)在氟化鎂晶體的平板基片上，用膠水固定；

3)以PDMS為襯底對(duì)CVD生長(zhǎng)的石墨烯進(jìn)行轉(zhuǎn)移，將單層石墨烯貼合在微納光纖的拉錐處；

4)參考光路圖焊接各光學(xué)元件。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有的有益效果如下：本發(fā)明利用石墨烯材料的強(qiáng)可飽和吸收特性的同時(shí)，還利用了石墨烯對(duì)兩束光的交叉吸收調(diào)制特性，使兩個(gè)環(huán)形腔形成的雙波長(zhǎng)調(diào)Q激光脈沖實(shí)現(xiàn)同步輸出。石墨烯的光傳輸特性可以被長(zhǎng)波長(zhǎng)光調(diào)制，在本發(fā)明中，我們制造了一個(gè)由同一石墨烯可飽和吸收體實(shí)現(xiàn)在1060/1550nm工作的被動(dòng)同步調(diào)Q光纖激光器的。同步過程中研究了脈沖的形成和在石墨烯可飽和吸收體中，1550nm激光脈沖對(duì)1060nm處連續(xù)波的影響。研究結(jié)果可以表明，1550nm的激光脈沖可以誘發(fā)1060nm的調(diào)Q激光脈沖，并且通過石墨烯可飽和吸收體的交叉吸收調(diào)制效應(yīng)可以實(shí)現(xiàn)激光脈沖的同步。

附圖說明

圖1為本發(fā)明基于石墨烯的雙波長(zhǎng)同步調(diào)Q光纖激光器的光路示意圖。

圖2為雙波長(zhǎng)同步激光器的輸出光譜圖。

圖3當(dāng)泵浦功率為430mw時(shí)的脈沖序列圖。

圖4為保持偏正PC狀態(tài)不變，使泵浦功率逐漸增大，1550nm和1060nm激光脈沖的重復(fù)頻率、輸出脈沖功率以及脈沖寬度的變化圖。

具體實(shí)施方式

如圖1所示，本基于石墨烯的雙波長(zhǎng)同步調(diào)Q光纖激光器包括泵浦源1、980nm/1060nm波分復(fù)用器2、1550nm/1060nm波分復(fù)用器3、偏振控制器4、高增益摻鉺光纖5、高增益摻鐿光纖6、基于石墨烯可飽和吸收體7、1550nm/1060nm波分復(fù)用器8、1550nm的2∶8耦合輸出器9、1550nm隔離器10、1060nm的2∶8耦合輸出器11、1060nm隔離器12?；谑┛娠柡臀阵w7是將單層石墨烯貼在直徑約8μm的光纖側(cè)面，并用氟化鎂支撐，上下兩個(gè)環(huán)狀分別屬于摻鉺光纖激光器和摻鐿光纖激光器，用3、8兩個(gè)1550nm/1060nm波分復(fù)用器連接；在1550nm環(huán)路中，加入一個(gè)1550nm的隔離器10(ISO)使激光單向傳播，光從1550nm腔通過一個(gè)輸出20％的耦合器9。類似的在1060nm環(huán)路中，有一個(gè)1060nm的隔離器12(ISO)，和一個(gè)輸出為20％的耦合器11。

基于石墨烯的雙波長(zhǎng)同步調(diào)Q光纖激光器的制作方法的步驟如下：

1)首先將直徑約為125μm的單膜光纖進(jìn)行拉錐處理，拉錐直徑制作為約8μm；

2)將拉錐處理的微納光纖鋪設(shè)在氟化鎂晶體的平板基片上，用膠水固定；

3)以PDMS為襯底對(duì)CVD生長(zhǎng)的石墨烯進(jìn)行轉(zhuǎn)移，將單層石墨烯貼合在微納光纖的拉錐處；

4)參考光路圖焊接各光學(xué)元件。

本發(fā)明的原理如下：

參照如圖1所示的光路示意圖連接光路。當(dāng)980nm半導(dǎo)體激光器發(fā)出的泵浦光由980/1060WDM和1550/1060WDM進(jìn)入到摻鉺光纖和摻鐿光纖中時(shí)，將分別激發(fā)光纖中的鉺離子和鐿離子，產(chǎn)生以1550nm和1060nm為中心波長(zhǎng)的自發(fā)輻射。其中較弱的正向自發(fā)輻射光在通過基于石墨烯的可飽和吸收體(GSA)、1550/1060WDM、2∶8耦合器后會(huì)遇到反向設(shè)置的隔離器而截至，不會(huì)在激光產(chǎn)生中發(fā)揮作用。而較強(qiáng)的反向自發(fā)輻射光則通過偏振控制器后進(jìn)入1060/1550WDM。在WDM的作用下，以1550nm和1060nm為中心的自發(fā)輻射光分別進(jìn)入上下兩個(gè)光路中，各自經(jīng)過隔離器、輸出耦合器后再經(jīng)1550/1060WDM重新合在一起，共同進(jìn)入基于石墨烯的可飽和吸收體(GSA)。在GSA中自發(fā)輻射光通過拉錐光纖產(chǎn)生倏逝波與光纖錐區(qū)表面的石墨烯相互作用，在石墨烯可飽和吸收特性的作用下形成多個(gè)光脈沖。同時(shí)，由于1550nm和1060nm的光會(huì)共同激發(fā)石墨烯中的電子，而導(dǎo)致更加強(qiáng)烈的可飽和吸收效應(yīng)。因此，1550nm和1060nm自發(fā)輻射光最強(qiáng)的時(shí)候，光脈沖將會(huì)在與石墨烯的作用中獲得最高的透射率，因而實(shí)現(xiàn)1550nm和1060nm光脈沖的同步產(chǎn)生。此后，產(chǎn)生的同步光脈沖將經(jīng)過摻鐿光纖和摻鉺光纖，并在泵浦光的作用下實(shí)現(xiàn)光脈沖的放大，再分別經(jīng)過1550和1060兩個(gè)光環(huán)路，通過石墨烯的可飽和吸收效應(yīng)保持并加強(qiáng)1550nm和1060nm光脈沖的同步性。因此，在本專利提出的結(jié)構(gòu)中，1550nm和1060nm的光脈沖將由于石墨烯的可飽和吸收效應(yīng)實(shí)現(xiàn)脈沖的產(chǎn)生和脈沖同步，在摻鉺和摻鐿光纖中實(shí)現(xiàn)能量的放大，最終實(shí)現(xiàn)調(diào)Q激光脈沖的同步輸出。

圖2給出了激光器正常工作時(shí)的輸出光譜?？梢钥吹?，中心波長(zhǎng)分別為1550nm和1060nm附近的激光同時(shí)產(chǎn)生并出現(xiàn)在光譜中，說明激光器同時(shí)產(chǎn)生了兩個(gè)波長(zhǎng)的激光。圖3顯示了對(duì)兩個(gè)波長(zhǎng)的激光脈沖分別進(jìn)行時(shí)域測(cè)量的結(jié)果。結(jié)果表明，1550nm和1060nm的激光為脈沖輸出，且具有相同的重復(fù)周期與頻率，說明雙波長(zhǎng)同步調(diào)Q脈沖已經(jīng)形成。而兩列脈沖未完全重合是由于兩脈沖輸出后到達(dá)探測(cè)器經(jīng)過的通路長(zhǎng)度不相同造成的，可以很容易地通過光路的補(bǔ)償來實(shí)現(xiàn)。圖4為兩列激光脈沖的平均輸出功率、峰值功率、重復(fù)頻率和脈沖寬度隨泵浦功率的變化?？梢钥吹剑瑑闪忻}沖的重復(fù)頻率在很大的泵浦功率范圍內(nèi)都可以保持相同，說明了該裝置的穩(wěn)定性，并具有大的工作范圍，將具有廣闊的應(yīng)用前景。