CN102227044B - 石墨烯被动调q纳秒脉冲光纤激光器 - Google Patents

石墨烯被动调q纳秒脉冲光纤激光器 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种石墨烯被动调Q纳秒脉冲光纤激光器，属于激光技术及其非线性光学领域。主要包括泵浦源、波分复用器、光纤光栅、掺杂光纤、石墨烯可饱和吸收体、环形器、激光分束器以及隔离器等，利用石墨烯的可饱和吸收特性实现高脉冲能量、纳秒激光脉冲输出。石墨烯材料具有制备简单、成本低廉、可饱和吸收光谱范围宽等优点，因此石墨烯可饱和吸收体更易于产业化应用。

Description

石墨烯被动调Q纳秒脉冲光纤激光器
技术领域
本发明涉及一种石墨烯被动调Q纳秒脉冲光纤激光器，属于激光技术及其非线性光学领域。
背景技术
石墨烯是由单层碳原子紧密堆积成二维蜂窝状晶格结构的一种碳质新材料，是构建其他维度碳质材料(如零维富勒烯、一维碳纳米管、三维石墨)的基本单元。2004年，英国曼彻斯特大学的2位科学家安德烈·盖姆(Andre Geim)和康斯坦丁·诺沃肖罗夫(Konstantin Novoselov)首次通过机械剥离的方法从大块石墨上得到了这种纳米级的石墨烯薄片。2009年，Bao等人首次发现石墨烯材料可作为一种新型的可饱和吸收体用于光纤激光器被动锁模。石墨烯可饱和吸收体与Cr：YAG晶体、半导体可饱和吸收镜(SESAM)、碳纳米管(SWNT)等相比，石墨烯可饱和吸收体具有制备简单、成本低廉、可饱和吸收光谱范围宽(从可见光到中红外)等优点，因此石墨烯材料成为最具潜力的，有望将来产业化的新型可饱和吸收体。
发明内容
本发明提出了一种石墨烯被动调Q纳秒脉冲光纤激光器，其利用石墨烯的可饱和吸收特性实现高脉冲能量、纳秒激光脉冲输出。
为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案。
一种石墨烯被动调Q纳秒脉冲光纤激光器包括泵浦源、波分复用器、光纤光栅、掺杂光纤、石墨烯可饱和吸收体、环形器、激光分束器以及隔离器，其特征在于：泵浦源连接波分复用器的泵浦输入端；波分复用器的公共端连接光纤光栅；光纤光栅的另一端连接掺杂光纤；掺杂光纤的另一端连接石墨烯可饱和吸收体；波分复用器的信号端作为脉冲激光输出端；光纤光栅与石墨烯可饱和吸收体之间构成线形激光谐振腔；石墨烯饱和吸收体作为激光调Q装置，调Q脉冲激光从激光分束器的输出端输出；所述的石墨烯可饱和吸收体含有石墨烯、氧化石墨烯、石墨烯聚合物中的一种或多种成分，采用反射式结构。
一种石墨烯被动调Q纳秒脉冲光纤激光器，其特征在于：泵浦源连接波分复用器的泵浦输入端；波分复用器的公共端连接掺杂光纤；掺杂光纤的另一端连接光纤光栅；光纤光栅的另一端作为脉冲激光输出端；波分复用器的信号端连接石墨烯可饱和吸收体；石墨烯可饱和吸收体与光纤光栅之间构成线形激光谐振腔；石墨烯饱和吸收体作为激光调Q装置，调Q脉冲激光从激光分束器的输出端输出；所述的石墨烯可饱和吸收体含有石墨烯、氧化石墨烯、石墨烯聚合物中的一种或多种成分，采用反射式结构。
一种石墨烯被动调Q纳秒脉冲光纤激光器，其特征在于：泵浦源连接波分复用器的泵浦输入端；波分复用器的公共端连接掺杂光纤；掺杂光纤的另一端连接环形器的一个输入端；石墨烯可饱和吸收体位于环形器的公共端；环形器的输出端连接激光分束器；激光分束器有两路输出，一路直接输出激光，另一路连接波分复用器的信号端；所述的波分复用器、掺杂光纤、环形器、石墨烯可饱和吸收体、激光分束器构成环形腔结构的被动调Q纳秒脉冲光纤激光器，石墨烯饱和吸收体作为激光调Q装置，调Q脉冲激光从激光分束器的输出端输出，所述的石墨烯可饱和吸收体含有石墨烯、氧化石墨烯、石墨烯聚合物中的一种或多种成分，采用反射式结构。
一种石墨烯被动调Q纳秒脉冲光纤激光器，其特征在于：泵浦源连接波分复用器的泵浦输入端；波分复用器的公共端连接掺杂光纤；掺杂光纤的另一端连接隔离器的一个输入端；在隔离器的输出端与分束器的输入端之间设置有石墨烯可饱和吸收体；激光分束器有两路输出，一路直接输出激光，另一路连接波分复用器的信号端；所述的波分复用器、掺杂光纤、隔离器、石墨烯可饱和吸收体、激光分束器构成环形腔结构的被动调Q纳秒脉冲光纤激光器，石墨烯饱和吸收体作为激光调Q装置，调Q脉冲激光从激光分束器的输出端输出，所述的石墨烯可饱和吸收体含有石墨烯、氧化石墨烯、石墨烯聚合物中的一种或多种成分，采用透射式结构。
上述的的泵浦源是半导体激光器、固体激光器、光纤激光器或拉曼激光器，泵浦光的中心波长λ的范围为：500nm≤λ≤2000nm。
上述的的掺杂光纤为掺稀土元素中的一种或多种掺杂的单模光纤或大芯径多模光纤或光子晶体光纤。
上述的的波分复用器、光纤光栅、掺杂光纤、环形器、激光分束器、隔离器等为保偏型或非保偏型。
上述的石墨烯被动调Q纳秒脉冲光纤激光器可直接使用或作为光纤放大器的种子源使用。
上述的光纤光栅的反射率为R，1％＜R＜99％。
上述的激光分束器的分束比为：T∶(1-T)，其中0＜T＜1。
本发明石墨烯被动调Q纳秒脉冲光纤激光器具有以下优点：
1、本发明采用石墨烯作为可饱和吸收体用于光纤激光器被动调Q，由于石墨烯可饱和吸收的阈值水平较低，恢复时间快，因此石墨烯被动调Q脉冲激光能实现高稳定性、高重复频率、高脉冲能量的纳秒激光脉冲输出。
2、本发明采用石墨烯作为可饱和吸收体用于光纤激光器被动调Q，由于石墨烯材料具有制备简单、成本低廉、可饱和吸收光谱范围宽等优点，因此石墨烯可饱和吸收体更易于产业化应用。
附图说明
图1为实施例1石墨烯被动调Q纳秒脉冲光纤激光器的结构图。
图2为实施例2石墨烯被动调Q纳秒脉冲光纤激光器的结构图。
图3为实施例3石墨烯被动调Q纳秒脉冲光纤激光器的结构图。
图4为实施例4石墨烯被动调Q纳秒脉冲光纤激光器的结构图。
图中：1、泵浦源，2、波分复用器，3、光纤光栅，4、掺杂光纤，5、石墨烯可饱和吸收体，6、环形器，7、激光分束器，8、隔离器。
具体实施方式
下面结合图示1-4对本发明作进一步说明，但不仅限于以下几种实施例。
实施例1
一种石墨烯被动调Q纳秒脉冲光纤激光器结构如图1所示。中心波长为974nm的泵浦源1连接980/1060的波分复用器2的泵浦输入端；980/1060波分复用器2的公共端连接反射率为80％的光纤光栅3，其中心波长为1064nm，带宽为0.5nm；光纤光栅3的另一端连接1m长的掺杂光纤4；掺杂光纤4的另一端连接反射式的石墨烯可饱和吸收体5；波分复用器2的信号端作为脉冲激光输出端；反射率为80％的光纤光栅3与反射式的石墨烯可饱和吸收体5之间构成线形激光谐振腔，石墨烯可饱和吸收体作为被动调Q器件，被动调Q纳秒激光脉冲将从波分复用器的信号端输出。
上述的泵浦源1是单模半导体激光器，上述的光纤光栅3是指的光纤布拉格光栅，上述的掺杂光纤4是指的掺镱光纤。
实施例2
一种石墨烯被动调Q纳秒脉冲光纤激光器结构如图2所示。中心波长为1550nm的泵浦源1连接1550/2000的波分复用器2的泵浦输入端；1550/2000的波分复用器2的公共端连接5m长的掺杂光纤4；掺杂光纤4的另一端连接反射率为90％的光纤光栅3，其中心波长为2000nm，带宽为2.0nm；光纤光栅3的另一端作为被动调Q脉冲激光输出端；1550/2000的波分复用器2的信号端连接反射式的石墨烯可饱和吸收体5；反射式的石墨烯可饱和吸收体5与反射率为90％的光纤光栅3之间构成线形激光谐振腔；被动调Q激光脉冲将从光纤光栅的另一端输出。
上述的泵浦源1是掺铒光纤激光器，上述的光纤光栅3是指的光纤布拉格光栅，上述的掺杂光纤4是指的掺铥光纤。
实施例3
一种石墨烯被动调Q纳秒脉冲光纤激光器结构如图3所示。中心波长为980nm的泵浦源1连接980/1550的波分复用器2的泵浦输入端；980/1550的波分复用器2的公共端连接3m长的掺杂光纤4；掺杂光纤4的另一端连接环形器6的一个输入端；反射式的石墨烯可饱和吸收体5位于环形器6的公共端；环形器6的输出端连接分束比为10∶90的1×2结构的激光分束器7；激光分束器7有两路输出，10％的一路直接输出激光，90％的一路连接980/1550的波分复用器2的信号端；980/1550的波分复用器2、掺杂光纤4、环形器6、反射式的石墨烯可饱和吸收体5和分束比为10∶90的1×2结构的激光分束器7一起构成环形腔结构的被动调Q纳秒脉冲光纤激光器，反射式的石墨烯饱和吸收体5作为激光调Q装置，调Q脉冲激光将从激光分束器7的10％的输出端输出。
上述的泵浦源1是单模半导体激光器，上述的掺杂光纤4是指的掺铒光纤，上述的环形器6是三端口环形器。
实施例4
一种石墨烯被动调Q纳秒脉冲光纤激光器结构如图4所示。中心波长为980nm的泵浦源1连接980/1060的波分复用器2的泵浦输入端；980/1060的波分复用器2的公共端连接1m长的掺杂光纤4；掺杂光纤4的另一端连接隔离器8的一个输入端；隔离器8的输出端与激光分束器7的输入端之间设置有透射式的石墨烯可饱和吸收体5，激光分束器7有两路输出，10％的一路直接输出激光，90％的一路连接980/1060的波分复用器2的信号端；980/1060的波分复用器2、掺杂光纤4、隔离器8、透射式的石墨烯可饱和吸收体5和分束比为10∶90的1×2结构的激光分束器7一起构成环形腔结构的被动调Q纳秒脉冲光纤激光器，透射式的石墨烯饱和吸收体5作为激光调Q装置，调Q脉冲激光将从激光分束器7的10％的输出端输出。
上述的泵浦源1是单模半导体激光器，上述的掺杂光纤4是指的掺镱光纤，上述的环形器6是三端口环形器，上述的隔离器8是偏振无关隔离器。

Claims (10)

1.一种石墨烯被动调Q纳秒脉冲光纤激光器，其特征在于：泵浦源(1)连接波分复用器(2)的泵浦输入端；波分复用器(2)的公共端连接光纤光栅(3)；光纤光栅(3)的另一端连接掺杂光纤(4)；掺杂光纤(4)的另一端连接石墨烯可饱和吸收体(5)；波分复用器(2)的信号端作为脉冲激光输出端；光纤光栅(3)与石墨烯可饱和吸收体(5)之间构成线形激光谐振腔；石墨烯饱和吸收体(5)作为激光调Q装置，调Q脉冲激光从激光分束器(7)的输出端输出，所述的石墨烯可饱和吸收体(5)含有石墨烯、氧化石墨烯、石墨烯聚合物中的一种或多种成分，采用反射式结构。
2.一种石墨烯被动调Q纳秒脉冲光纤激光器，其特征在于：泵浦源(1)连接波分复用器(2)的泵浦输入端；波分复用器(2)的公共端连接掺杂光纤(4)；掺杂光纤(4)的另一端连接光纤光栅(3)；光纤光栅(3)的另一端作为脉冲激光输出端；波分复用器(2)的信号端连接石墨烯可饱和吸收体(5)；石墨烯可饱和吸收体(5)与光纤光栅(3)之间构成线形激光谐振腔；石墨烯饱和吸收体(5)作为激光调Q装置，调Q脉冲激光从激光分束器(7)的输出端输出，所述的石墨烯可饱和吸收体(5)含有石墨烯、氧化石墨烯、石墨烯聚合物中的一种或多种成分，采用反射式结构。
3.一种石墨烯被动调Q纳秒脉冲光纤激光器，其特征在于：泵浦源(1)连接波分复用器(2)的泵浦输入端；波分复用器(2)的公共端连接掺杂光纤(4)；掺杂光纤(4)的另一端连接环形器(6)的一个输入端；石墨烯(5)位于环形器(6)的公共端；环形器(6)的输出端连接激光分束器(7)；激光分束器(7)有两路输出，一路直接输出激光，另一路连接波分复用器(2)的信号端；所述的波分复用器(2)、掺杂光纤(4)、环形器(6)、石墨烯可饱和吸收体(5)、激光分束器(7)、构成环形腔结构的被动调Q纳秒脉冲光纤激光器，石墨烯饱和吸收体(5)作为激光调Q装置，调Q脉冲激光从激光分束器(7)的输出端输出，所述的石墨烯可饱和吸收体(5)含有石墨烯、氧化石墨烯、石墨烯聚合物中的一种或多种成分，采用反射式结构。
4.一种石墨烯被动调Q纳秒脉冲光纤激光器，其特征在于：泵浦源(1)连接波分复用器(2)的泵浦输入端；波分复用器(2)的公共端连接掺杂光纤(4)；掺杂光纤(4)的另一端连接隔离器(8)的一个输入端；在隔离器(8)的输出端与分束器(7)的输入端之间设置有石墨烯可饱和吸收体(5)；激光分束器(7)有两路输出，一路直接输出激光，另一路连接波分复用器(2)的信号端；所述的波分复用器(2)、掺杂光纤(4)、隔离器(8)、石墨烯可饱和吸收体(5)、激光分束器(7)、构成环形腔结构的被动调Q纳秒脉冲光纤激光器，石墨烯饱和吸收体(5)作为激光调Q装置，调Q脉冲激光从激光分束器(7)的输出端输出，所述的石墨烯可饱和吸收体(5)含有石墨烯、氧化石墨烯、石墨烯聚合物中的一种或多种成分，采用透射式结构。
5.根据权利要求1或权利要求2或权利要求3或权利要求4所述的一种石墨烯被动调Q纳秒脉冲光纤激光器，其特征在于：所述的泵浦源(1)是半导体激光器、固体激光器、光纤激光器或拉曼激光器，泵浦光的中心波长λ的范围为：500nm≤λ≤2000nm。
6.根据权利要求1或权利要求2或权利要求3或权利要求4所述的一种石墨烯被动调Q纳秒脉冲光纤激光器，其特征在于：所述的掺杂光纤(4)为掺稀土元素中的一种或多种掺杂的单模光纤或大芯径多模光纤或光子晶体光纤。
7.根据权利要求1或权利要求2或权利要求3或权利要求4所述的一种石墨烯被动调Q纳秒脉冲光纤激光器，其特征在于：所述的波分复用器(2)、光纤光栅(3)、掺杂光纤(4)、环形器(6)、激光分束器(7)、隔离器(8)等为保偏型或非保偏型。
8.根据权利要求1或权利要求2或权利要求3或权利要求4所述的一种石墨烯被动调Q纳秒脉冲光纤激光器，其特征在于：所述的石墨烯被动调Q纳秒脉冲光纤激光器可直接使用或作为光纤放大器的种子源使用。
9.根据权利要求1或权利要求2所述的一种石墨烯被动调Q纳秒脉冲光纤激光器，其特征在于：所述的光纤光栅的反射率为R，1％＜R＜99％。
10.根据权利要求3或权利要求4所述的一种石墨烯被动调Q纳秒脉冲光纤激光器，其特征在于：所述的激光分束器(7)的分束比为：T∶(1-T)，其中0＜T＜1。
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