CN103682963B - 一种可调谐多波长微光纤激光器及其制备方法 - Google Patents

Abstract

一种可调谐多波长微光纤激光器及其制备方法，所述激光器包括与泵浦激光器相连的第一锥形光纤，与激光输出端相连的第二锥形光纤，还包括放置在基质上的线型微谐振腔，该线型微谐振腔由宽带微光纤布拉格光栅、一段涂覆石墨烯的微光纤以及高掺杂微光纤梳状滤波器串联而成。所述的宽带微光纤布拉格光栅和高掺杂微光纤梳状滤波器分别与第一锥形光纤和第二锥形光纤相耦合。所述的高掺杂微光纤梳状滤波器用紫外胶固定在低折射率基质上，本发明通过加热该高掺杂微光纤梳状滤波器所浸入的高热敏系数的溶液，改变微光纤的有效折射率，进而改变高掺杂微光纤梳状滤波器的选频特性，来实现波长数目和波长间隔调谐输出。

Description

一种可调谐多波长微光纤激光器及其制备方法

技术领域

本发明光纤传感、光纤通信等领域所应用的光源，是一种基于微光纤的可调谐多波长光纤激光器。

背景技术

多波长激光器是一种重要的光电子器件，在光纤通信系统、光纤传感、光谱分析等领域有着十分重要的应用。近年来，随着微纳光子学的发展和光纤制备工艺的不断改进，低损耗的微纳光纤已经被制备出来，并已应用于制作微纳光子学器件。微型光纤激光器通过一段掺杂微纳光纤提供增益，增益光纤构成的光学谐振腔具有滤波和选频的双重作用，结构紧凑，操作方便，成本很低，便于调谐，可满足不同领域应用需求。目前，国际上已经实现了微盘激光器、微光纤环形结激光器、微球激光器等微型化激光器。然而，目前大多数微型化激光器都是单一波长激射，多波长微型化激光器很少有报道。因此，开发一种基于微纳光纤的多波长激光器很有必要。

目前多实现多波长输出的方法多种多样。常见的有：将稀土光纤液氮冷却到77K，使用相位调制器或频移器、腔内引入非线性增益如四波混频、受激拉曼/布里渊散射。其中，在腔内引入四波混频技术可能最为简单，易于实现。研究者通常将几千米高非线性光纤或光子晶体光纤插入多波长稀土光纤激光腔内激发非线性四波混频，但这会大大增加系统尺寸和系统成本。因此，开发一种低成本、高非线性光学材料，使其更容易地激发四波混频，并且更容易地应用到微光纤激光器中，更显得非常重要。石墨烯材料由于其独特的二维原子结构，其三阶非线性系数高达10^-7esu，比普通石英玻璃光纤大8个数量级，在超薄的石墨烯片中就能容易地产生极强的非线性四波混频，因此，可将其引入稀土掺杂光纤谐振腔中，实现稳定的多波长输出。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可调谐多波长微光纤激光器及其制备方法，本发明的方案利用微米直径光纤制备出尺寸小、稳定、可调谐的多波长光纤激光器。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种可调谐多波长微光纤激光器，包括依次相连的泵浦激光器、线型谐振腔和激光输出端；泵浦激光器与线型谐振腔之间还接有第一锥形光纤，激光输出端与线型谐振腔之间还接有第二锥形光纤。

进一步地，所述线型谐振腔放置在低折射率基质上，线型谐振腔包括依次相连的宽带微光纤布拉格光栅、表面涂覆石墨烯的微光纤和高掺杂微光纤梳状滤波器，宽带微光纤布拉格光栅的另一端还与第一锥形光纤相连，高掺杂微光纤梳状滤波器的另一端还与第二锥形光纤相连。

进一步地，宽带微光纤布拉格光栅、表面涂覆石墨烯的微光纤和高掺杂微光纤梳状滤波器之间通过微光纤相连。

进一步地，高掺杂微光纤梳状滤波器包括第一微光纤萨格奈克环和第二微光纤萨格奈克环，第一微光纤萨格奈克环和第二微光纤萨格奈克环通过耦合区域相连。

一种可调谐多波长微光纤激光器的制备方法，包括制备表面涂覆石墨烯的微光纤、宽带微光纤布拉格光栅、高掺杂微光纤梳状滤波器和锥形光纤的步骤，以及将第一锥形光纤、宽带微光纤布拉格光栅、表面涂覆石墨烯的微光纤、高掺杂微光纤梳状滤波器、第二锥形光纤依次相连的步骤。

进一步地，制备表面涂覆石墨烯的微光纤、宽带微光纤布拉格光栅的方法包括：

1）用火焰加热法把普通单模光纤或无包层的高掺杂稀土离子光纤拉细至微米尺度直径，得到微光纤；

2）用光学诱导沉积法，在上述微光纤的一端涂覆石墨烯，即：将石墨烯分散液在光倏逝场的作用下沉积到指定部位，得到一段表面涂覆石墨烯的微光纤；

3）在微光纤的另一端用相位掩模法刻写宽带微光纤布拉格光栅。

进一步地，制备高掺杂微光纤梳状滤波器的方法包括：

4a）将无包层的高掺杂稀土离子光纤用火焰加热法拉细至微米尺度直径，得到高掺杂稀土离子微光纤，将高掺杂稀土离子微光纤的一端固定在第一光纤夹具上；

4b）将高掺杂稀土离子微光纤的另一自由端向第一光纤夹具缓慢靠近，待高掺杂稀土离子微光纤的腰锥处弯成一个大环后，往高掺杂稀土离子微光纤的轴向缓慢旋转自由端；

4c）大环分裂成两个小环，即第一微光纤萨格奈克环和第二微光纤萨格奈克环，第一微光纤萨格奈克环和第二微光纤萨格奈克环之间的微光纤部分成为两环之间耦合区域；

4d）将高掺杂稀土离子微光纤的自由端固定在第二光纤夹具上，这样便制备得到高掺杂微光纤梳状滤波器；再将高掺杂微光纤梳状滤波器从两光纤夹具上取下，放置在低折射率基质上，用紫外胶进行固定。

进一步地，制备锥形光纤及连接各器件的步骤包括：

5）用火焰加热法把两段普通单模光纤分别单边拉细，得到第一锥形光纤和第二锥形光纤；

6）将步骤1）、2）、3）所制备的微光纤也放置在低折射率基质上，在光学显微镜下，通过微操作，将微光纤与步骤4d）所制备的高掺杂微光纤梳状滤波器通过范德华力和静电吸引力进行耦合连接；

7）将步骤5）所得的第一锥形光纤和第二锥形光纤的细端分别与宽带微光纤布拉格光栅的输入端及高掺杂微光纤梳状滤波器的输出端通过范德华力和静电吸引力进行耦合连接，得到线型谐振腔；

8）将泵浦激光器的输出端与第一锥形光纤的粗端相连；

9）将激光输出端与第二锥形光纤的粗端相连。

进一步地，步骤2）制备表面涂覆石墨烯的微光纤的方法具体包括：首先将微光纤的一端与掺铒光纤放大器相连，掺铒光纤放大器的输入端连接到一个泵浦激光器上，微光纤的另一端则与光功率计相连；在微光纤指定部位通过载玻片进行支撑，再将石墨烯粉末用超声法均匀分散到分散液中，得到石墨烯分散液；用化学滴管将石墨烯分散液滴至载玻片所支撑的微光纤上进行沉积，同时开启泵浦激光器以提供激光源，经过掺铒光纤放大器放大之后，将功率足够高的激光注入微光纤中，岀射激光的强度通过光功率计监测，得到沉积过程中透射功率的变化；当沉积过程持续一段时间，光功率计上监测到的功率值符合所需时，关闭泵浦激光器，将微光纤从石墨烯分散液中移出。

所述的激光器的调谐方法，包括：将高掺杂微光纤梳状滤波器浸没在高热敏系数的溶液中，通过改变溶液的温度以改变溶液的折射率，然后通过微光纤的倏逝场效应来改变高掺杂微光纤梳状滤波器的有效折射率，进而改变高掺杂微光纤梳状滤波器所得的梳状谱的谐振波长及波长间隔，最终实现所述多波长激光器的激射波长和激射数目的改变。

本发明与现有技术相比，具有以下主要的优点：

（1）本发明的微光纤激光器通过一段高掺杂微光纤提供增益，增益微光纤复合结构构成的宽带梳状滤波器具有增益和滤波的双重作用，结构紧凑。

（2）本发明采用三阶非线性系数很高的石墨烯材料，通过在微光纤外面涂覆石墨烯，利用微光纤的强倏逝场特性，结合石墨烯的高非线性效应，可以激发微谐振腔内的四波混频，从而有效抑制稀土离子的均匀展宽，实现多波长的稳定激射。

（3）本发明的可调谐多波长微光纤激光器为全光纤化器件，具有小型化、制备简单、易于与光纤系统集成、易于调节和控制等特性。

附图说明

图1是本发明所述可调谐多波长微光纤激光器结构示意图；

图2是本发明所述宽带布拉格光栅和涂覆石墨烯所在微光纤结构示意图；

图3是本发明所述宽带布拉格光栅和涂覆石墨烯所在微光纤的制备方法示意图；

图4是本发明所述高掺杂微光纤梳状滤波器结构示意图；

图5是本发明所述高掺杂微光纤梳状滤波器的制备方法示意图，（a）～（d）代表四个步骤。

图中，1、高掺杂微光纤梳状滤波器；2、宽带微光纤布拉格光栅；3、表面涂覆石墨烯的微光纤；4、泵浦激光器；5、第一锥形光纤；6、第二锥形光纤；7、激光输出端；8、低折射率基质；9、第一微光纤萨格奈克环；10、第二微光纤萨格奈克环；11、两环之间的耦合区域；12、微光纤；13、载玻片、14、石墨烯分散液；15、第一光纤夹具；16、第二光纤夹具；17、掺铒光纤放大器；18、光功率计；19、高掺杂稀土离子微光纤；20、高掺杂稀土离子微光纤的自由端；21、高掺杂稀土离子微光纤的腰锥处；22、高掺杂稀土离子微光纤弯成的大环。

具体实施方式

一种可调谐多波长微光纤激光器，包括：

一个泵浦激光器，用于提供泵浦光；

一个宽带微光纤布拉格光栅，作为谐振腔的一个反射腔镜，对特定波长范围的光提供光学反馈；

一个高掺杂微光纤梳状滤波器，作为谐振腔的另一个反射腔镜，提供梳状滤波功能，用于周期性选择特定波长并将其反射回谐振腔内；

一段表面涂覆石墨烯的微光纤，作为谐振腔内的高非线性器件，抑制因高掺杂微光纤梳状滤波器的均匀展宽导致的模式竞争；

一个激光输出端，用于输出激光。

其中，依次相连的宽带微光纤布拉格光栅、表面涂覆石墨烯的微光纤和高掺杂微光纤梳状滤波器构成所述激光器的线型谐振腔，线型谐振腔放置在低折射率基质上。泵浦激光器通过第一锥形光纤的细端与宽带微光纤布拉格光栅的一端耦合连接；激光输出端通过第二锥形光纤的细端与高掺杂微光纤梳状滤波器的输出端耦合连接。

进一步地，所述高掺杂微光纤梳状滤波器材料为高掺杂稀土离子微光纤。高掺杂微光纤梳状滤波器包括第一微光纤萨格奈克环、第二微光纤萨格奈克环，第一微光纤萨格奈克环和第二微光纤萨格奈克环通过耦合区域相连；其中，第一微光纤萨格奈克环、第二微光纤萨格奈克环作为两个宽带反射镜，与它们之间的耦合区域形成一个光纤法布里-珀罗腔，在获得宽带梳状滤波的同时，也为激光腔内的光信号提供光学增益。所述激光器输出腔面的激光反馈率由高掺杂微光纤梳状滤波器的耦合区域的耦合效率决定，可通过调节耦合区域的长度来灵活控制。

进一步地，所述宽带微光纤布拉格光栅作为谐振腔的一个反射腔镜，其反射带可覆盖所述高掺杂微光纤梳状滤波器的若干个反射峰，所述激光器在这些反射波长处可同时激射输出。

进一步地，所述谐振腔中有一段表面涂覆石墨烯的微光纤，利用微光纤的强倏逝场特性，结合石墨烯的超强三阶非线性光学效应，激发谐振腔内的四波混频，从而抑制不同波长之间的增益竞争。

进一步地，所述的高掺杂微光纤梳状滤波器的光纤直径为0.5-6μm；第一微光纤萨格奈克环和第二微光纤萨格奈克环的直径为1-5mm，耦合区域的长度为0.5cm-2cm。第一锥形光纤的细端和第二锥形光纤的细端的直径为0.5-6μm，与微光纤和高掺杂微光纤梳状滤波器的光纤直径相匹配。

进一步地，所述的一种可调谐多波长微光纤激光器的制备方法，包括制备表面涂覆石墨烯的微光纤、宽带微光纤布拉格光栅、高掺杂微光纤梳状滤波器和锥形光纤的步骤，以及将第一锥形光纤、宽带微光纤布拉格光栅、表面涂覆石墨烯的微光纤、高掺杂微光纤梳状滤波器、第二锥形光纤依次相连的步骤。

进一步地，制备表面涂覆石墨烯的微光纤、宽带微光纤布拉格光栅的方法包括：

（1）用火焰加热法把普通单模光纤或无包层的高掺杂稀土离子光纤拉细至微米尺度直径，得到微光纤；

（2）用光学诱导沉积法，在上述微光纤的一端涂覆石墨烯，即：将石墨烯分散液在光倏逝场的作用下沉积到指定部位，得到一段表面涂覆石墨烯的微光纤；

（3）在微光纤的另一端用相位掩模法刻写宽带微光纤布拉格光栅。

进一步地，制备高掺杂微光纤梳状滤波器的方法包括：

4a）将无包层的高掺杂稀土离子光纤用火焰加热法拉细至微米尺度直径，得到高掺杂稀土离子微光纤，将高掺杂稀土离子微光纤的一端固定在第一光纤夹具上；

4b）将高掺杂稀土离子微光纤的另一自由端向第一光纤夹具缓慢靠近，待高掺杂稀土离子微光纤的腰锥处弯成一个大环后，往高掺杂稀土离子微光纤的轴向缓慢旋转自由端；

4c）大环分裂成两个小环，即第一微光纤萨格奈克环和第二微光纤萨格奈克环，第一微光纤萨格奈克环和第二微光纤萨格奈克环之间的微光纤部分成为两环之间耦合区域；

4d）将高掺杂稀土离子微光纤的自由端固定在第二光纤夹具上，这样便制备得到高掺杂微光纤梳状滤波器；再将高掺杂微光纤梳状滤波器从两光纤夹具上取下，放置在低折射率基质上，用紫外胶进行固定。

进一步地，制备锥形光纤及连接各器件的步骤包括：

5）用火焰加热法把两段普通单模光纤分别单边拉细，得到第一锥形光纤和第二锥形光纤；

6）将步骤1）、2）、3）所制备的微光纤也放置在低折射率基质上，在光学显微镜下，通过微操作，将微光纤与步骤4d）所制备的高掺杂微光纤梳状滤波器通过范德华力和静电吸引力进行耦合连接；

7）将步骤5）所得的第一锥形光纤和第二锥形光纤的细端分别与宽带微光纤布拉格光栅的输入端及高掺杂微光纤梳状滤波器的输出端通过范德华力和静电吸引力进行耦合连接，得到线型谐振腔；

8）将泵浦激光器的输出端与第一锥形光纤的粗端相连；

9）将激光输出端与第二锥形光纤的粗端相连。

进一步地，制备表面涂覆石墨烯的微光纤的方法具体包括：首先将微光纤的一端与掺铒光纤放大器相连，掺铒光纤放大器的输入端连接到一个泵浦激光器上，微光纤的另一端则与光功率计相连；在微光纤指定部位通过载玻片进行支撑，再将石墨烯粉末用超声法均匀分散到分散液中，得到石墨烯分散液；用化学滴管将石墨烯分散液滴至载玻片支撑的微光纤上进行沉积，同时开启泵浦激光器以提供激光源，经过掺铒光纤放大器放大之后，将功率足够高的激光注入微光纤中，岀射激光的强度通过光功率计监测，得到沉积过程中透射功率的变化；当沉积过程持续一段时间，光功率计上监测到的功率值符合所需时，关闭泵浦激光器，将微光纤从石墨烯分散液中移出。

进一步地，所述可调谐多波长微光纤激光器的一种调谐方法如下，将高掺杂微光纤梳状滤波器浸没在高热敏系数的溶液中，利用溶液的热光效应，通过改变溶液的温度来改变溶液的折射率。而光在微光纤中传播时，很大一部分是以倏逝场的形式传播的，微光纤对外界环境非常敏感。当微光纤所处的外界溶液折射率改变时，微光纤中光场的有效折射率也会随之发生变化，进而高掺杂微光纤梳状滤波器所得梳状滤波谱的谐振波长及波长间隔都会改变，最终实现多波长激光器的激射波长和激射数目的调谐。

下面结合附图和具体实施方式来进一步详述本发明。本发明提供了一种基于微光纤的可调谐多波长激光器，并提供了其制备方法。

如图1所示，可调谐多波长微光纤激光器，由宽带微光纤布拉格光栅2、表面涂覆石墨烯的微光纤3、高掺杂微光纤梳状滤波器1构成激光器的线型谐振腔。泵浦激光器4发出的泵浦光，通过第一锥形光纤5耦合进激光器的线性谐振腔中。最终，激光通过高掺杂微光纤梳状滤波器1的一端，经由第二锥形光纤6，从激光输出端口7输出。

多波长激光器的工作原理如下：

泵浦激光器4产生的泵浦光，通过第一锥形光纤5耦合进激光器的谐振腔，激发腔内的高增益掺杂微光纤梳状滤波器1产生受激辐射，同时，产生的信号光在第一微光纤萨格奈克环9和第二微光纤萨格奈克环10之间将会形成干涉，这样，高增益掺杂微光纤梳状滤波器1反馈回腔内的光谱将呈现类似法布里-珀罗干涉仪的宽频带梳状滤波特性，再经过宽带微光纤布拉格光栅2的宽带反射，选出的特定波长将在腔内来回振荡，振荡光经过涂覆石墨烯的微光纤3时，由于微光纤的倏逝场效应，部分光场渗透到微光纤表面涂覆的石墨烯中，激发石墨烯材料中超强的四波混频效应，抑制稀土离子的均匀展宽，从而抑制不同波长之间的增益竞争，最终实现多波长的稳定输出。

图2示出了宽带布拉格光栅和涂覆石墨烯所在的整段微光纤12的具体结构。图3示出了图2中微光纤12的制备方法，具体如下：

先将一根普通光纤固定在第一光纤夹具15和第二光纤夹具16上，用火焰加热法拉锥，得到一段微光纤12。再用光倏逝场法沉积法在微光纤指定部分涂覆石墨烯。涂覆石墨烯的过程如下：首先将普通光纤的左端与掺铒光纤放大器17相连，掺铒光纤放大器17的输入端连接到一个泵浦激光器4上，普通光纤的右端则与光功率计18相连；在微光纤12指定部位通过载玻片13进行支撑，再将石墨烯粉末用超声法均匀分散到分散液中，得到石墨烯分散液14；用化学滴管将石墨烯分散液14滴至载玻片13支撑的微光纤12上进行沉积，同时开启泵浦激光器4以提供激光源，经过掺铒光纤放大器17放大之后，将功率足够高的激光注入微光纤12中，岀射激光的强度通过光功率计18监测，得到沉积过程中透射功率的变化；当沉积过程持续一段时间，光功率计18上监测到的功率值符合所需时，关闭泵浦激光器4，将微光纤12从石墨烯分散液14中移出。

石墨烯沉积完毕后，再用相位掩模法在微光纤12上刻写宽带布拉格光栅2，这样便可得到图2中所示的刻写有宽带布拉格光栅和涂覆有石墨烯的微光纤12。

图4为高掺杂微光纤梳状滤波器1的结构示意图。

高掺杂微光纤梳状滤波器1的工作原理类似一个法布里-珀罗干涉仪，两个微光纤萨格奈克环充当反射腔镜，理想情况下，滤波器的反射率R可写为：

$R=1-\frac{T_1{T}_2\exp \left({-2\mathrm{\αl}}_3\right)/{[1+{\left(R_1{R}_2\right)}^{1/2}\exp (-2\mathrm{\α}{l}_3)]}^2}{1-4{\left(R_1{R}_2\right)}^{1/2}\exp (-2{\mathrm{\αl}}_3){\sin }^2{\left[\mathrm{\β}(l_1/2+l_2/2+l_3)\right]/[1+{\left(R_1{R}_2\right)}^{1/2}\exp (-2\mathrm{\α}{l}_3)]}^2}$

其中，l_i(i＝1,2,3)分别为第一微光纤萨格奈克环9、第二微光纤萨格奈克环10及两环之间耦合区域11的长度，T₁和T₂分别是第一微光纤萨格奈克环9、第二微光纤萨格奈克环10的归一化透射率，R₁和R₂分别是第一微光纤萨格奈克环9、第二微光纤萨格奈克环10的归一化反射率，α是光场损耗，β＝n_e·k₀是微光纤的传播常数，其中，n_e为高掺杂微光纤的有效折射率，k₀为真空中的波矢。高掺杂微光纤梳状滤波器的有效腔长L可表达为：

L＝l₁/2+l₂/2+l₃

当βL满足βL＝mπ（m为自然数）时，反射率最大，对应梳状滤波谱上的反射峰。谐振波长λ的表达式为：

$\mathrm{\λ}=\frac{{2n}_{e}L}{m}$

相邻两谐振波长之间的距离，即自由光谱范围Δλ，可写为：

$\mathrm{\Δ\λ}={\stackrel{\‾}{\mathrm{\λ}}}^2/2n_{e}L$

其中，是相邻两波长λ₁和λ₂（即m取相邻值时所得谐振波长）的平均波长。经过高掺杂梳状滤波器和宽带微光纤布拉格光栅的来回反馈后，可以激射的波长为落在宽带微光纤布拉格光栅反射波长范围Δλ_FBG内的谐振波长。激射波长的数目为：

N＝Δλ_FBG/Δλ+1

高热敏系数的溶液作为微光纤包层，其折射率n_liquid与温度T的关系表达式如下：

n_liquid＝n₀-k₁(T-T₀)

其中，n₀为室温T₀时的初始折射率值，k₁为溶液的热光系数。当溶液所处的温度T改变时，溶液的折射率值n_liquid也会改变。将此随温度变化的包层折射率n_liquid（即n₂）和光纤材料折射率值n₁代入如下本征方程中：

$\{\frac{J_v^{\′}\left(U\right)}{{\mathrm{UJ}}_v\left(U\right)}+\frac{K_v^{\′}\left(W\right)}{{\mathrm{WK}}_v\left(W\right)}\}\{\frac{J_v^{\′}\left(U\right)}{{\mathrm{UJ}}_v\left(U\right)}+\frac{n_2^2{K}_v^{\′}\left(W\right)}{n_1^2{\mathrm{WK}}_v\left(W\right)}\}={\left(\frac{\mathrm{v\β}}{{\mathrm{kn}}_1}\right)}^2{\left(\frac{V}{\mathrm{UW}}\right)}^4$

式中，J_v为第一类贝塞尔函数，K_v为变态的第二类贝塞尔函数，ν表示贝塞尔函数的阶数。

$U=\frac{d\sqrt{k_0^2{n}_1^0-{\mathrm{\β}}^2}}{2},W=\frac{d\sqrt{{\mathrm{\β}}^2-k_0^2{n}_2^2}}{2},V=\frac{k_0\·d\sqrt{n_1^2-n_2^2}}{2}$

d＝2a为微纳光纤的直径，a为微纳光纤半径，n₁为微光纤的材料折射率，n₂为微光纤所在外界环境的折射率。

通过数值求解本征方程，得到β值，就可以得到浸没在高热敏系数折射率液中的微光纤的有效折射率n_e与温度的变化关系。

通过上面分析和数学公式可知，溶液温度的改变会引起微光纤的有效折射率n_e和传播常数β的改变，进而高掺杂梳状滤波器的反射率R、谐振波长λ、自由光谱范围Δλ也会发生变化，引起梳状滤波谱上的谐振峰的改变，经过宽带微光纤布拉格光栅反馈后，能够激射的波长和波长数目N都会发生改变，最终实现所述多波长激光器输出的调谐。

图4给出了高掺杂微光纤梳状滤波器1制备的全过程，具体如下：

（a）将无包层的高掺杂稀土离子光纤用火焰加热法拉细至微米尺度直径，得到高掺杂稀土离子微光纤19，将高掺杂稀土离子微光纤19的一端固定在第一光纤夹具15上；（b）将高掺杂稀土离子微光纤19的另一自由端20向第一光纤夹具15缓慢靠近，待高掺杂稀土离子微光纤19的腰锥处21弯成一个大环22后，往高掺杂稀土离子微光纤19的轴向缓慢旋转自由端20；（c）大环22分裂成两个小环，即第一微光纤萨格奈克环9和第二微光纤萨格奈克环10，第一微光纤萨格奈克环9和第二微光纤萨格奈克环10之间的微光纤部分成为两环之间耦合区域11；（d）将高掺杂稀土离子微光纤19的自由端20固定在第二光纤夹具16上，这样便制备得到高掺杂微光纤梳状滤波器1；再将高掺杂微光纤梳状滤波器1从两光纤夹具上取下，放置在低折射率基质8上，用紫外胶进行固定。

将上述高掺杂微光纤梳状滤波器1浸入高热敏系数的溶液中，改变溶液的温度，由于热光效应，导致溶液的折射率发生改变。光在微光纤传播时，很大一部分是以倏逝场的形式传播的，因此微光纤对外界环境非常敏感。故当微光纤所处的外界溶液折射率变化时，微光纤中光场的有效折射率也会随之发生变化，进而梳状滤波谱的峰值波长、FSR都会改变，经过宽带微光纤布拉格光栅的宽带滤波后，能在微腔中振荡的波长数目也会发生改变，如此便可实现输出的可调谐。

上述具体实施方式用来解释说明本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明作出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种可调谐多波长微光纤激光器，其特征在于：包括依次相连的泵浦激光器(4)、线型谐振腔和激光输出端(7)；泵浦激光器(4)与线型谐振腔之间还接有第一锥形光纤(5)，激光输出端(7)与线型谐振腔之间还接有第二锥形光纤(6)；

所述线型谐振腔放置在低折射率基质(8)上，线型谐振腔包括依次相连的宽带微光纤布拉格光栅(2)、侧面涂覆石墨烯的微光纤(3)和高掺杂微光纤梳状滤波器(1)，宽带微光纤布拉格光栅(2)的另一端还与第一锥形光纤(5)相连，高掺杂微光纤梳状滤波器(1)的另一端还与第二锥形光纤(6)相连；

所述高掺杂微光纤梳状滤波器(1)包括第一微光纤萨格奈克环(9)和第二微光纤萨格奈克环(10)，第一微光纤萨格奈克环(9)和第二微光纤萨格奈克环(10)通过耦合区域(11)相连。

2.根据权利要求1所述的可调谐多波长微光纤激光器，其特征在于：宽带微光纤布拉格光栅(2)、侧面涂覆石墨烯的微光纤(3)和高掺杂微光纤梳状滤波器(1)之间通过微光纤(12)相连。

3.一种可调谐多波长微光纤激光器的制备方法，其特征在于：包括制备侧面涂覆石墨烯的微光纤(3)、宽带微光纤布拉格光栅(2)、高掺杂微光纤梳状滤波器(1)和锥形光纤的步骤，以及将第一锥形光纤(5)、宽带微光纤布拉格光栅(2)、侧面涂覆石墨烯的微光纤(3)、高掺杂微光纤梳状滤波器(1)、第二锥形光纤(6)依次相连的步骤；

所述制备侧面涂覆石墨烯的微光纤(3)、宽带微光纤布拉格光栅(2)的步骤包括：

1)用火焰加热法把普通单模光纤或无包层的高掺杂稀土离子光纤拉细至微米尺度直径，得到微光纤(12)；

2)用光学诱导沉积法，在上述微光纤(12)的一端涂覆石墨烯，即：将石墨烯分散液(14)在光倏逝场的作用下沉积到指定部位，得到一段侧面涂覆石墨烯的微光纤(3)；

3)在微光纤(12)的另一端用相位掩模法刻写宽带微光纤布拉格光栅(2)；

所述制备高掺杂微光纤梳状滤波器(1)的步骤包括：

4a)将无包层的高掺杂稀土离子光纤用火焰加热法拉细至微米尺度直径，得到高掺杂稀土离子微光纤(19)，将高掺杂稀土离子微光纤(19)的一端固定在第一光纤夹具(15)上；

4b)将高掺杂稀土离子微光纤(19)的另一自由端(20)向第一光纤夹具(15)缓慢靠近，待高掺杂稀土离子微光纤(19)的腰锥处(21)弯成一个大环(22)后，以高掺杂稀土离子微光纤(19)的轴向为中心缓慢旋转自由端(20)；

4c)大环(22)分裂成两个小环，即第一微光纤萨格奈克环(9)和第二微光纤萨格奈克环(10)，第一微光纤萨格奈克环(9)和第二微光纤萨格奈克环(10)之间的微光纤部分成为两环之间耦合区域(11)；

4d)将高掺杂稀土离子微光纤(19)的自由端(20)固定在第二光纤夹具(16)上，这样便制备得到高掺杂微光纤梳状滤波器(1)；再将高掺杂微光纤梳状滤波器(1)从两光纤夹具上取下，放置在低折射率基质(8)上，用紫外胶进行固定；

制备锥形光纤及连接各器件的步骤包括：

5)用火焰加热法把两段普通单模光纤分别单边拉细，得到第一锥形光纤(5)和第二锥形光纤(6)；

6)将步骤1)、2)、3)所制备的微光纤(12)也放置在低折射率基质(8)上，在光学显微镜下，通过微操作，将微光纤(12)与步骤4d)所制备的高掺杂微光纤梳状滤波器(1)通过范德华力和静电吸引力进行耦合连接；

7)将步骤5)所得的第一锥形光纤(5)和第二锥形光纤(6)的细端分别与宽带微光纤布拉格光栅(2)的输入端及高掺杂微光纤梳状滤波器(1)的输出端通过范德华力和静电吸引力进行耦合连接，得到线型谐振腔；

8)将泵浦激光器(4)的输出端与第一锥形光纤(5)的粗端相连；

9)将激光输出端(7)与第二锥形光纤(6)的粗端相连。

4.根据权利要求3所述的可调谐多波长微光纤激光器的制备方法，其特征在于，步骤2)制备侧面涂覆石墨烯的微光纤(3)的步骤具体包括：首先将微光纤(12)的一端与掺铒光纤放大器(17)相连，掺铒光纤放大器(17)的输入端连接到一个泵浦激光器(4)上，微光纤(12)的另一端则与光功率计(18)相连；在微光纤(12)指定部位通过载玻片(13)进行支撑，再将石墨烯粉末用超声法均匀分散到分散液中，得到石墨烯分散液(14)；用化学滴管将石墨烯分散液(14)滴至载玻片(13)所支撑的微光纤(12)上进行沉积，同时开启泵浦激光器(4)以提供激光源，经过掺铒光纤放大器(17)放大之后，将功率足够高的激光注入微光纤(12)中，岀射激光的强度通过光功率计(18)监测，得到沉积过程中透射功率的变化；当沉积过程持续一段时间，光功率计(18)上监测到的功率值符合所需时，关闭泵浦激光器(4)，将微光纤(12)从石墨烯分散液(14)中移出。

5.根据权利要求1或2所述的可调谐多波长微光纤激光器的调谐方法，其特征在于，包括：将高掺杂微光纤梳状滤波器(1)浸没在高热敏系数的溶液中，通过改变溶液的温度以改变溶液的折射率，然后通过微光纤的倏逝场效应来改变高掺杂微光纤梳状滤波器(1)的有效折射率，进而改变高掺杂微光纤梳状滤波器(1)所得的梳状谱的谐振波长及波长间隔，最终实现所述多波长激光器的激射波长和激射数目的改变。