CN103825172A - 一种基于石墨烯和复合腔结构的被动锁模光纤激光器 - Google Patents

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张爱玲
吕联荣
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Abstract

一种基于石墨烯和复合腔结构的被动锁模光纤激光器，由掺铒光纤放大器、20:80光耦合器、偏振控制器a、可饱和吸收镜、光纤环形器、偏振分束、单模光纤a、单模光纤b、偏振控制器b、偏振控制器c和偏振合束组成双环路谐振腔，20:80光耦合器的输出端b和输出端c的输出光功率比例为20:80；光纤环形器的输出端e与带有尾纤的石墨烯连接；20:80光耦合器的输出端c为整个激光器的输出端口。本发明的优点是：该被动锁模光纤激光器结构简单、成本低、脉冲重复频率高、脉冲脉宽窄，能够在常温下稳定工作。

Description

一种基于石墨烯和复合腔结构的被动锁模光纤激光器
技术领域
本发明涉及锁模光纤激光器技术领域，特别是一种基于石墨烯和复合腔结构的被动锁模光纤激光器。
背景技术
锁模光纤激光器在超快光学、非线性光学、生物光学、光信息处理以及激光加工等领域具有重要的研究价值。进入90年代以来，人们对锁模激光器的理论和实验做了大量研究，在理论上提出了崭新的设计理念，例如主动锁模、谐波锁模、有理数谐波锁模、附加（或碰撞）脉冲锁模、注入锁模、非线性光学环境锁模、非线性偏振旋转锁模、半导体可饱和吸收体锁模等一系列锁模理论。
锁模光纤激光器根据锁模原理分为主动锁模光纤激光器和被动锁模光纤激光器两大类。被动锁模光纤激光器技术是一种典型的全光纤非线性锁模技术。它让激光器的腔内不存在任何主动调制器，但是光纤激光器仍然可以实现飞秒脉冲的输出；其原理是：在光纤激光器中，一般存在一些非线性光学效应，这些光学效应的强度和腔内运行的脉冲的峰值有关，这样的一种相关性，让激光器内部的各纵模相位锁定，在这种情况下，光纤激光器便可以输出稳定的飞秒脉冲。
发明内容
本发明的目的是针对上述技术分析，提供一种结构紧凑、低成本、重复频率高、超短脉冲的基于石墨烯和复合腔结构的被动锁模光纤激光器。
本发明的技术方案：
一种基于石墨烯和复合腔结构的被动锁模光纤激光器，由掺铒光纤放大器、20:80光耦合器、偏振控制器a 、可饱和吸收镜、光纤环形器、偏振分束、单模光纤a 、单模光纤b、偏振控制器b 、偏振控制器c和偏振合束组成双环路谐振腔， 20:80光耦合器的三个端口分别为输入端a、输出端b和输出端c，输出端b和输出端c的输出光功率比例为20:80；光纤环形器设有三个端口分别为输入端d、输出端e和输出端f，其中输出端e与带有尾纤的圆片形石墨烯连接；偏振分束的三个端口分别为输入端g、输出端h和输出端i；偏振合束的三个端口分别为输入端j、输出端k和输出端l；掺铒光纤放大器、20:80光耦合器的输入端a和输出端b、偏振控制器a 、光纤环形器的输入端d和输出端f、偏振分束的输入端g和输出端i、单模光纤a 、偏振控制器b 和偏振合束的输入端j和输出端l构成一个闭合环路，掺铒光纤放大器、20:80光耦合器的输入端a和输出端b、偏振控制器a 、光纤环形器的输入端d和输出端f、偏振分束输入端g和输出端h、单模光纤b、偏振控制器c 和偏振合束的输入端j和输出端k构成一个闭合环路；20:80光耦合器的输出端c为整个激光器的输出端口。
本发明的工作原理：：
    该基于石墨烯和复合腔结构的的被动锁模光纤激光器利用石墨烯实现被动锁模，产生超短脉冲。由无阈值的掺铒光纤放大器产生自发辐射的光，经过石墨烯后，脉冲幅度大的地方被反射，而幅度相对较小的地方被吸收，最后的结果是，脉冲峰值能量越来越高，而脉冲两侧处能量越来越低，周而复始，光纤激光器便输出稳定的飞秒脉冲。
本发明的优点是：该被动锁模光纤激光器结构简单、成本低、脉冲重复频率高、脉冲脉宽窄，能够在常温下稳定工作。
附图说明
附图是该被动锁模光纤激光器结构示意图。
图中：1.掺铒光纤放大器   2.20:80光耦合器   3.偏振控制器a  
4.石墨烯   5.光纤环形器   6. 偏振分束  7.单模光纤a   8.单模光纤b        9.偏振控制器b   10.偏振控制器c  11.偏振合束。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的具体说明。
实施例：
一种基于石墨烯和复合腔结构的的被动锁模光纤激光器，由掺铒光纤放大器1、20:80光耦合器2、偏振控制器a 3、可饱和吸收镜4、光纤环形器5、偏振分束6、单模光纤a 7、单模光纤b8、偏振控制器b 9、偏振控制器c 10和偏振合束11组成双环路谐振腔， 20:80光耦合器2的三个端口分别为输入端a、输出端b和输出端c，输出端b和输出端c的输出光功率比例为20:80；光纤环形器5设有三个端口分别为输入端d、输出端e和输出端f，其中输出端e与带有尾纤的石墨烯4连接；偏振分束6的三个端口分别为输入端g、输出端h和输出端i；偏振合束11的三个端口分别为输入端j、输出端k和输出端l；掺铒光纤放大器1、20:80光耦合器2的输入端a和输出端b、偏振控制器a 3、光纤环形器5的输入端d和输出端f、偏振分束6的输入端g和输出端i、单模光纤a 7、偏振控制器b 9和偏振合束11的输入端j和输出端l构成一个闭合环路，掺铒光纤放大器1、20:80光耦合器2的输入端a和输出端b、偏振控制器a 3、光纤环形器5的输入端d和输出端f、偏振分束6输入端g和输出端h、单模光纤b8、偏振控制器c 10和偏振合束11的输入端j和输出端k构成一个闭合环路；20:80光耦合器2的输出端c为整个激光器的输出端口
该实施例中，掺铒光纤放大器的型号为PTA5102；20:80光耦合器的型号为S/N 11050009609；偏振控制器a、b、c所缠绕单模光纤长度为3米；石墨烯为自制，其半径为100纳米,厚度为1 nm；光环形器的型号为FOC-1550-SM-0.25；偏振分束型号为PBS-1550-APC；偏振合束的型号为PBC-1550-APC。
该基于石墨烯和复合腔结构的的被动锁模光纤激光器利用石墨烯实现被动锁模，产生超短脉冲。由无阈值的掺铒光纤放大器产生自发辐射的光，经过石墨烯后，脉冲幅度大的地方被反射，而幅度相对较小的地方被吸收，最后的结果是，脉冲峰值能量越来越高，而脉冲两侧处能量越来越低，周而复始，光纤激光器便输出稳定的飞秒脉冲。
从20:80光耦合器的c端口k通过示波器和光谱仪多锁模脉冲和其光谱进行监测。
该被动锁模光纤激光器在超快光学、非线性光学、光纤通信、生物光学、光信息处理以及激光加工等领域具有重要的研究价值和应用。

Claims (1)

1.一种基于石墨烯和复合腔结构的被动锁模光纤激光器，其特征在于：由掺铒光纤放大器、20:80光耦合器、偏振控制器a 、可饱和吸收镜、光纤环形器、偏振分束、单模光纤a 、单模光纤b、偏振控制器b 、偏振控制器c和偏振合束组成双环路谐振腔， 20:80光耦合器的三个端口分别为输入端a、输出端b和输出端c，输出端b和输出端c的输出光功率比例为20:80；光纤环形器设有三个端口分别为输入端d、输出端e和输出端f，其中输出端e与带有尾纤的石墨烯连接；偏振分束的三个端口分别为输入端g、输出端h和输出端i；偏振合束的三个端口分别为输入端j、输出端k和输出端l；掺铒光纤放大器、20:80光耦合器的输入端a和输出端b、偏振控制器a 、光纤环形器的输入端d和输出端f、偏振分束的输入端g和输出端i、单模光纤a 、偏振控制器b 和偏振合束的输入端j和输出端l构成一个闭合环路，掺铒光纤放大器、20:80光耦合器的输入端a和输出端b、偏振控制器a 、光纤环形器的输入端d和输出端f、偏振分束输入端g和输出端h、单模光纤b、偏振控制器c 和偏振合束的输入端j和输出端k构成一个闭合环路；20:80光耦合器的输出端c为整个激光器的输出端口。
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