專利名稱：基于石墨烯的混合鎖模技術的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及光學鎖模技術，尤其是基于石墨烯的飽和吸收性結合幅度或者相位調制的主動鎖模來實現的混合鎖模。
背景技術：
目前的鎖模技術主要分為主動鎖模，被動 鎖模和混合鎖模三類。主動鎖模是通過外界信號來周期性調制諧振腔參量，實現各腔體縱模之間相位鎖定的ー種鎖模技木。其顯著特征是在激光器腔體中插入調制器件或者由外部注入光脈沖，對腔內光波進行主動調制來實現鎖摸。主動鎖模具體又可分為基于調制器的鎖模技術、有理數諧波鎖模技術和注入鎖模技術。其中基于調制器鎖模技術的特點是從腔外加入射頻信號到腔內的調制器上，通過此信號對腔內的振蕩光波產生周期性的幅度或者相位調制，從而產生鎖模脈沖。主動鎖模的主要優(yōu)點就是可以產生高重復頻率和頻率可調諧的鎖模脈沖，且易于同歩。光纖腔長和折射率容易受到外界環(huán)境的影響而導致的腔內失諧，以及超模競爭和弛豫振蕩造成的脈沖抖動產生的不穩(wěn)定性限制了主動鎖模激光器的應用。
被動鎖模是在激光腔內不使用調制器之類的任何有源器件的情況下實現超短脈沖輸出。其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強度的依賴性，實現各縱模相位鎖定，進而產生超短光脈沖。目前，用于實現被動鎖模的方法主要包括可飽和吸收體、非線性偏振旋轉和非線性光纖環(huán)形鏡鎖模技木。其中飽和吸收體鎖模是在腔內附著飽和吸收體，當光脈沖通過飽和吸收體吋，由于邊緣的部分損耗大于中央部分的損耗，使得光脈沖在通過吸收體的過程中被窄化。飽和吸收體被動鎖模的主要優(yōu)點就是重復頻率較穩(wěn)定，鎖模脈沖脈寬較窄。但由于被動鎖模所產生的鎖模脈沖重復頻率與激光器腔長成反比，要實現重復頻率為GHz量級的被動鎖摸，需要激光腔短至cm量級，實現較為困難?；旌湘i模就是將被動鎖模技術產生超短脈沖和主動鎖模技術產生高重復頻率的特點相結合，以獲得窄脈寬，高重復率且穩(wěn)定的孤子脈沖序列。

發(fā)明內容
本發(fā)明提供一種全新的混合鎖模技術，它主要利用了石墨烯的飽和吸收性結合幅度或者相位調制的主動鎖模來實現混合鎖模。石墨烯(graphene)是由單層的碳原子緊密排列成ニ維的蜂窩狀六角格子的ー種物質，它有很多獨特的光電特性。石墨烯在激光器鎖模時具有低吸收強度、超快速的恢復時間、調制深度可調、寬頻帶的可調性等優(yōu)點。文獻《Wei-Wei Hsiang, Chian-Yu Lin, Ming-Feng Tien, and YinchiehLai，Direct generation of a 10 GHz 816 fs pulse train from an erbium-fibersoliton laser with asynchronous phase modulation, OPTICS LETTERS, Vol.30，No. 18, Pages: 2493-2495, 2005)) (Wei-Wei Hsiang, Chian-Yu Lin, Ming-Feng Tien, andYinchieh Lai,鉺纖孤子激光器利用異步相位調制產生10吉赫茲826飛秒脈沖序列，光學快報，第30卷，第18期，頁碼2493-2495，2005)，闡述了利用相位調制和非線性偏轉效應結合的混合鎖模激光器來產生高重復頻率窄脈沖序列，但由于非線性偏轉旋轉調諧困難，不能支持任意波長，且實際應用中環(huán)境影響較大，腔內需要相對較長的光纖，以產生足夠大的非線性相移，溫度應カ變化導致的雙折射起伏也會影響鎖模過程。本發(fā)明正是針對這些缺點，采用了石墨烯這種特性良好的飽和吸收體來窄化脈寬，同時克服了上述的這些缺點，優(yōu)化了混合鎖模的性能。本發(fā)明解決其技術問題所采用的技術方案是一種基于石墨烯的混合鎖模技木，將石墨烯薄膜附著在光纖頭上，利用石墨烯的飽和吸收性結合幅度或相位調制的主動鎖模來實現混合鎖模。石墨烯可窄化主動鎖模光纖激光器的脈沖寬度，同時獲得高重復頻率和窄脈沖輸出。將石墨烯貼附于光纖端面或者側面拋磨光纖的拋光面。石墨烯可以是單層石墨烯、多層石墨烯，也可以是經氧化還原的石墨烯聚合物。實現主動鎖模的技術可以是射頻調制，也可以是激光注入鎖定調制。實現主動鎖模的調制器可以是強度調制器，也可以是相位調制器。 這種混合鎖模技術還可適用于固體激光器或者空間激光器。將石墨烯薄膜作為飽和吸收體附著在光纖接頭端面位置接入環(huán)形激光腔內，同時結合幅度調制的主動鎖模來實現混合鎖模。利用石墨烯的特性良好的飽和吸收性，來使主動鎖模激光器的輸出光脈沖變窄。調制器以等于(或者整數倍干)模式間隔的頻率調制環(huán)形腔內光場的振幅，腔內損耗同樣被以頻率調制，因為損耗越小，產生的光子數越多，所以腔內光場也以相同頻率被調制，這種光強上的微小差異經過腔內的多次往返后不斷加強，激光器就能穩(wěn)定地輸出ー個鎖模脈沖序列。同時當光脈沖通過石墨烯這種吸收體吋，當強度足以使石墨烯飽和，其邊翼部分損耗大于中央部分的損耗，結果光脈沖在通過石墨烯的過程中就被窄化了。這樣我們就通過結合這兩種技術實現了高重復頻率的超短脈沖。采用以上技術方案后，本發(fā)明的有益效果是石墨烯作為激光鎖模時的飽和吸收體，具有低吸收強度、超快速的恢復時間、調制深度可調、寬頻帶的可調性等優(yōu)點，從而可以實現更高重復頻率的超短脈沖激光器，達到混合鎖模的目的。下面結合附圖對本發(fā)明作進ー步描述。


圖I為本發(fā)明石墨烯加入激光器環(huán)形腔的方式示意圖。圖中I、石墨烯薄膜2、光纖頭。圖2為本發(fā)明基于石墨烯的混合鎖模激光器的結構框圖。圖中I、調制器 2、微波信號3、摻鉺光纖放大器4、石墨烯5為稱合器6、7偏振控制器。圖3為不加石墨烯的主動鎖模激光器輸出的脈沖激光的信號波形。圖4為在光纖端面附著石墨烯的混合鎖模激光器輸出的窄脈沖的信號波形。圖5為不加石墨烯的鎖模激光器輸出的脈沖激光的光譜圖。圖6為在光纖端面附著石墨烯的混合鎖模激光器輸出的窄脈沖的光譜圖。
具體實施方式
根據圖I所示，本發(fā)明是一種基于石墨烯的混合鎖模技術，將石墨烯薄膜I附著在光纖頭2上，利用石墨烯的飽和吸收性結合幅度或相位調制的主動鎖模來實現混合鎖模。本發(fā)明所述石墨烯用于窄化主動鎖模光纖激光器的脈沖寬度，同時獲得高重復頻率和窄脈沖輸出；所述石墨烯貼附于光纖端面或者側面拋磨光纖的拋光面；所述附于光纖的石墨烯為單層石墨烯、多層石墨烯或經氧化還原的石墨烯聚合物；用于實現主動鎖模的技術為射頻調制或激光注入鎖定調制；用于實現主動鎖模的調制器為強度調制器或相位調制器；該混合鎖模技術適用于固體激光器或者空間激光器。根據圖2所示，調制器I與外加微波信號2調制由摻鉺光纖放大器3在環(huán)形腔內產生的多個模式來實現主動鎖模，在此過程中，利用石墨烯4的可飽和吸收性使激光脈沖窄化，最后通過耦合器5輸出觀察光譜和脈沖波形并進行比較。實驗中用到的參數為輸入微波信號2頻率為IOGHz，強度調制器I偏置電壓為0V，摻鉺光纖放大器3輸出功率200mW。通過耦合器5輸出用500GHz示波器觀察輸出信號脈沖波形，同時使用光譜分析儀通過耦合器5輸出觀察輸出信號光譜。偏振控制器6用于將輸入光偏振態(tài),是強度調制器I的調制效率最大化。偏振控制器7用于優(yōu)化激光腔的偏振態(tài)以獲得最大的脈沖輸出功率以及最好 的鎖模效果。根據圖3、圖4、圖5、圖6所示，即為未加入石墨烯和加入石墨烯激光器產生的鎖模脈沖的信號波形和光譜圖。由本實施例的具體實施效果中輸出鎖模脈沖波形圖比較可以明顯看出，在加入石墨烯進行飽和吸收之后，由于石墨烯的飽和吸收特性，鎖模脈沖明顯變窄。同樣的由鎖模脈沖光譜比較可以看出，加入石墨烯之后脈沖光譜展寬，間接說明了鎖模脈沖變窄。由上述結果可以得出石墨烯窄化了鎖模脈沖，實現了高重復頻率的窄脈沖混合鎖模激光器。
權利要求
1.一種基于石墨烯的混合鎖模技術，其特征在于將石墨烯薄膜(I)附著在光纖頭(2)上，利用石墨烯的飽和吸收性結合幅度或相位調制的主動鎖模來實現混合鎖模。
2.根據權利要求I所述的基于石墨烯的混合鎖模技術，其特征在于所述石墨烯用于窄化主動鎖模光纖激光器的脈沖寬度，同時獲得高重復頻率和窄脈沖輸出。
3.根據權利要求I所述的基于石墨烯的混合鎖模技術，其特征在干所述石墨烯貼附于光纖端面或者側面拋磨光纖的拋光面。
4.根據權利要求I所述的基于石墨烯的混合鎖模技術，其特征在于所述附于光纖的石墨烯為單層石墨烯、多層石墨烯或經氧化還原的石墨烯聚合物。
5.根據權利要求I所述的基于石墨烯的混合鎖模技術，其特征在于用于實現主動鎖模的技術為射頻調制或激光注入鎖定調制。
6.根據權利要求I所述的基于石墨烯的混合鎖模技術，其特征在于用于實現主動鎖模的調制器為強度調制器或相位調制器。
7.根據權利要求I所述的基于石墨烯的混合鎖模技術，其特征在于該混合鎖模技術適用于固體激光器或者空間激光器。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于石墨烯的混合鎖模技術，它是將石墨烯貼附于光纖端面或者側面拋磨光纖的拋光面，利用石墨烯的飽和吸收性結合幅度或者相位調制的主動鎖模來實現混合鎖模，從而獲得同時獲得高重復頻率和窄脈沖輸出。石墨烯作為飽和吸收體具有低吸收強度、超快速的恢復時間、調制深度可調、寬頻帶的可調性以及低成本等優(yōu)點，結合主動鎖模所具有的重復頻率高等優(yōu)點，從而可以實現高重復頻率的窄脈沖鎖模激光器。該混合鎖模技術還可適用于固體激光器或者空間激光器。
文檔編號H01S3/098GK102868084SQ201210273278
公開日2013年1月9日 申請日期2012年8月3日 優(yōu)先權日2012年8月3日
發(fā)明者義理林, 張巖, 鄭燃, 倪振華, 丁榮, 梁錚, 宋嘯塵, 胡衛(wèi)生 申請人:泰州巨納新能源有限公司