CN102868084A - 基于石墨烯的混合锁模技术 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于石墨烯的混合锁模技术，它是将石墨烯贴附于光纤端面或者侧面抛磨光纤的抛光面，利用石墨烯的饱和吸收性结合幅度或者相位调制的主动锁模来实现混合锁模，从而获得同时获得高重复频率和窄脉冲输出。石墨烯作为饱和吸收体具有低吸收强度、超快速的恢复时间、调制深度可调、宽频带的可调性以及低成本等优点，结合主动锁模所具有的重复频率高等优点，从而可以实现高重复频率的窄脉冲锁模激光器。该混合锁模技术还可适用于固体激光器或者空间激光器。
Description
技术领域
本发明涉及光学锁模技术，尤其是基于石墨烯的饱和吸收性结合幅度或者相位调制的主动锁模来实现的混合锁模。
背景技术
目前的锁模技术主要分为主动锁模，被动锁模和混合锁模三类。
主动锁模是通过外界信号来周期性调制谐振腔参量，实现各腔体纵模之间相位锁定的一种锁模技术。其显著特征是：在激光器腔体中插入调制器件或者由外部注入光脉冲，对腔内光波进行主动调制来实现锁模。主动锁模具体又可分为基于调制器的锁模技术、有理数谐波锁模技术和注入锁模技术。其中基于调制器锁模技术的特点是从腔外加入射频信号到腔内的调制器上，通过此信号对腔内的振荡光波产生周期性的幅度或者相位调制，从而产生锁模脉冲。主动锁模的主要优点就是可以产生高重复频率和频率可调谐的锁模脉冲，且易于同步。光纤腔长和折射率容易受到外界环境的影响而导致的腔内失谐,以及超模竞争和弛豫振荡造成的脉冲抖动产生的不稳定性限制了主动锁模激光器的应用。
[000４]被动锁模是在激光腔内不使用调制器之类的任何有源器件的情况下实现超短脉冲输出。其基本原理是利用光纤或其他元件中的非线性光学效应对输入脉冲强度的依赖性，实现各纵模相位锁定，进而产生超短光脉冲。目前，用于实现被动锁模的方法主要包括可饱和吸收体、非线性偏振旋转和非线性光纤环形镜锁模技术。其中饱和吸收体锁模是在腔内附着饱和吸收体，当光脉冲通过饱和吸收体时，由于边缘的部分损耗大于中央部分的损耗，使得光脉冲在通过吸收体的过程中被窄化。饱和吸收体被动锁模的主要优点就是重复频率较稳定，锁模脉冲脉宽较窄。但由于被动锁模所产生的锁模脉冲重复频率与激光器腔长成反比，要实现重复频率为GHz量级的被动锁模，需要激光腔短至cm量级，实现较为困难。
混合锁模就是将被动锁模技术产生超短脉冲和主动锁模技术产生高重复频率的特点相结合，以获得窄脉宽，高重复率且稳定的孤子脉冲序列。
发明内容
本发明提供一种全新的混合锁模技术，它主要利用了石墨烯的饱和吸收性结合幅度或者相位调制的主动锁模来实现混合锁模。石墨烯（graphene）是由单层的碳原子紧密排列成二维的蜂窝状六角格子的一种物质,它有很多独特的光电特性。石墨烯在激光器锁模时具有低吸收强度、超快速的恢复时间、调制深度可调、宽频带的可调性等优点。文献《Wei-Wei Hsiang, Chian-Yu Lin, Ming-Feng Tien, and Yinchieh Lai,Direct generation of a 10 GHz 816 fs pulse train from an erbium-fiber soliton laser with asynchronous phase modulation, OPTICS LETTERS, Vol.30, No.18,Pages:2493-2495,2005》（Wei-Wei Hsiang, Chian-Yu Lin, Ming-Feng Tien, and Yinchieh Lai,铒纤孤子激光器利用异步相位调制产生10吉赫兹826飞秒脉冲序列，光学快报，第30卷，第18期，页码：2493-2495,2005），阐述了利用相位调制和非线性偏转效应结合的混合锁模激光器来产生高重复频率窄脉冲序列，但由于非线性偏转旋转调谐困难，不能支持任意波长，且实际应用中环境影响较大，腔内需要相对较长的光纤，以产生足够大的非线性相移，温度应力变化导致的双折射起伏也会影响锁模过程。本发明正是针对这些缺点，采用了石墨烯这种特性良好的饱和吸收体来窄化脉宽，同时克服了上述的这些缺点，优化了混合锁模的性能。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于石墨烯的混合锁模技术，将石墨烯薄膜附着在光纤头上，利用石墨烯的饱和吸收性结合幅度或相位调制的主动锁模来实现混合锁模。石墨烯可窄化主动锁模光纤激光器的脉冲宽度，同时获得高重复频率和窄脉冲输出。将石墨烯贴附于光纤端面或者侧面抛磨光纤的抛光面。石墨烯可以是单层石墨烯、多层石墨烯，也可以是经氧化还原的石墨烯聚合物。实现主动锁模的技术可以是射频调制，也可以是激光注入锁定调制。实现主动锁模的调制器可以是强度调制器，也可以是相位调制器。
这种混合锁模技术还可适用于固体激光器或者空间激光器。
将石墨烯薄膜作为饱和吸收体附着在光纤接头端面位置接入环形激光腔内，同时结合幅度调制的主动锁模来实现混合锁模。利用石墨烯的特性良好的饱和吸收性，来使主动锁模激光器的输出光脉冲变窄。调制器以等于（或者整数倍于）模式间隔的频率调制环形腔内光场的振幅，腔内损耗同样被以频率调制，因为损耗越小，产生的光子数越多，所以腔内光场也以相同频率被调制，这种光强上的微小差异经过腔内的多次往返后不断加强，激光器就能稳定地输出一个锁模脉冲序列。同时当光脉冲通过石墨烯这种吸收体时，当强度足以使石墨烯饱和，其边翼部分损耗大于中央部分的损耗，结果光脉冲在通过石墨烯的过程中就被窄化了。这样我们就通过结合这两种技术实现了高重复频率的超短脉冲。
采用以上技术方案后，本发明的有益效果是：石墨烯作为激光锁模时的饱和吸收体，具有低吸收强度、超快速的恢复时间、调制深度可调、宽频带的可调性等优点，从而可以实现更高重复频率的超短脉冲激光器，达到混合锁模的目的。
下面结合附图对本发明作进一步描述。
附图说明
图1为本发明石墨烯加入激光器环形腔的方式示意图。
图中：1、石墨烯薄膜 2、光纤头。
图2为本发明基于石墨烯的混合锁模激光器的结构框图。
图中1、调制器 2、微波信号 3、掺铒光纤放大器 4、石墨烯 5为耦合器 6、7偏振控制器。
图3为不加石墨烯的主动锁模激光器输出的脉冲激光的信号波形。
图4为在光纤端面附着石墨烯的混合锁模激光器输出的窄脉冲的信号波形。
图5为不加石墨烯的锁模激光器输出的脉冲激光的光谱图。
图6为在光纤端面附着石墨烯的混合锁模激光器输出的窄脉冲的光谱图。
具体实施方式
根据图1所示，本发明是一种基于石墨烯的混合锁模技术，将石墨烯薄膜1附着在光纤头2上，利用石墨烯的饱和吸收性结合幅度或相位调制的主动锁模来实现混合锁模。
本发明所述石墨烯用于窄化主动锁模光纤激光器的脉冲宽度，同时获得高重复频率和窄脉冲输出；所述石墨烯贴附于光纤端面或者侧面抛磨光纤的抛光面；所述附于光纤的石墨烯为单层石墨烯、多层石墨烯或经氧化还原的石墨烯聚合物；用于实现主动锁模的技术为射频调制或激光注入锁定调制；用于实现主动锁模的调制器为强度调制器或相位调制器；该混合锁模技术适用于固体激光器或者空间激光器。
根据图2所示，调制器1与外加微波信号2调制由掺铒光纤放大器3在环形腔内产生的多个模式来实现主动锁模，在此过程中，利用石墨烯4的可饱和吸收性使激光脉冲窄化，最后通过耦合器5输出观察光谱和脉冲波形并进行比较。实验中用到的参数为：输入微波信号2频率为10GHz，强度调制器1偏置电压为0V，掺铒光纤放大器3输出功率200mW。通过耦合器5输出用500GHz示波器观察输出信号脉冲波形，同时使用光谱分析仪通过耦合器5输出观察输出信号光谱。偏振控制器6用于将输入光偏振态，是强度调制器1的调制效率最大化。偏振控制器7用于优化激光腔的偏振态以获得最大的脉冲输出功率以及最好的锁模效果。
根据图3、图４、图５、图６所示，即为未加入石墨烯和加入石墨烯激光器产生的锁模脉冲的信号波形和光谱图。
由本实施例的具体实施效果中输出锁模脉冲波形图比较可以明显看出，在加入石墨烯进行饱和吸收之后，由于石墨烯的饱和吸收特性，锁模脉冲明显变窄。同样的由锁模脉冲光谱比较可以看出，加入石墨烯之后脉冲光谱展宽，间接说明了锁模脉冲变窄。由上述结果可以得出石墨烯窄化了锁模脉冲，实现了高重复频率的窄脉冲混合锁模激光器。
Claims (7)
1.一种基于石墨烯的混合锁模技术，其特征在于：将石墨烯薄膜（1）附着在光纤头（2）上，利用石墨烯的饱和吸收性结合幅度或相位调制的主动锁模来实现混合锁模。
2.根据权利要求1所述的基于石墨烯的混合锁模技术，其特征在于：所述石墨烯用于窄化主动锁模光纤激光器的脉冲宽度，同时获得高重复频率和窄脉冲输出。
3.根据权利要求1所述的基于石墨烯的混合锁模技术，其特征在于： 所述石墨烯贴附于光纤端面或者侧面抛磨光纤的抛光面。
4.根据权利要求1所述的基于石墨烯的混合锁模技术，其特征在于：所述附于光纤的石墨烯为单层石墨烯、多层石墨烯或经氧化还原的石墨烯聚合物。
5.根据权利要求1所述的基于石墨烯的混合锁模技术，其特征在于：用于实现主动锁模的技术为射频调制或激光注入锁定调制。
6.根据权利要求1所述的基于石墨烯的混合锁模技术，其特征在于：用于实现主动锁模的调制器为强度调制器或相位调制器。
7.根据权利要求1所述的基于石墨烯的混合锁模技术，其特征在于：该混合锁模技术适用于固体激光器或者空间激光器。
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| CN (1) | CN102868084A (zh) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106129799A (zh) * | 2016-08-30 | 2016-11-16 | 张家港初恒激光科技有限公司 | 基于石墨烯的混合锁模激光器 |
| CN106785861A (zh) * | 2017-03-01 | 2017-05-31 | 太原理工大学 | 基于石墨烯微腔锁模的高重频超短脉冲产生方法及装置 |
| CN107634445A (zh) * | 2017-10-31 | 2018-01-26 | 陕西师范大学 | 基于非线性偏振旋转技术与石墨炔的混合锁模脉冲激光器 |
| CN107681421A (zh) * | 2017-09-30 | 2018-02-09 | 天津理工大学 | 一种主被动锁模光纤激光器 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4019156A (en) * | 1975-12-02 | 1977-04-19 | The United States Of America As Represented By The United States Energy Research And Development Administration | Active/passive mode-locked laser oscillator |
| US20060245456A1 (en) * | 2005-04-28 | 2006-11-02 | Precision Photonics Corporation | Systems and methods for generating high repetition rate ultra-short optical pulses |
| CN102439802A (zh) * | 2009-04-13 | 2012-05-02 | 新加坡国立大学 | 基于石墨烯的可饱和吸收体器件和方法 |
-
2012
- 2012-08-03 CN CN2012102732787A patent/CN102868084A/zh active Pending
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4019156A (en) * | 1975-12-02 | 1977-04-19 | The United States Of America As Represented By The United States Energy Research And Development Administration | Active/passive mode-locked laser oscillator |
| US20060245456A1 (en) * | 2005-04-28 | 2006-11-02 | Precision Photonics Corporation | Systems and methods for generating high repetition rate ultra-short optical pulses |
| CN102439802A (zh) * | 2009-04-13 | 2012-05-02 | 新加坡国立大学 | 基于石墨烯的可饱和吸收体器件和方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| WEI-WEI HSIANG等: "Direct generation of a 10 GHz 816fs pulse train from an erbium-fiber soliton laser with asynchronous phase modulation", 《OPTICS LETTERS》 * |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106129799A (zh) * | 2016-08-30 | 2016-11-16 | 张家港初恒激光科技有限公司 | 基于石墨烯的混合锁模激光器 |
| CN106785861A (zh) * | 2017-03-01 | 2017-05-31 | 太原理工大学 | 基于石墨烯微腔锁模的高重频超短脉冲产生方法及装置 |
| CN107681421A (zh) * | 2017-09-30 | 2018-02-09 | 天津理工大学 | 一种主被动锁模光纤激光器 |
| CN107634445A (zh) * | 2017-10-31 | 2018-01-26 | 陕西师范大学 | 基于非线性偏振旋转技术与石墨炔的混合锁模脉冲激光器 |
| CN107634445B (zh) * | 2017-10-31 | 2024-03-01 | 陕西师范大学 | 基于非线性偏振旋转技术与石墨炔的混合锁模脉冲激光器 |
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