CN109449735A - 一种混合锁模掺铥光纤激光器 - Google Patents

一种混合锁模掺铥光纤激光器 Download PDF

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刘经惠
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Abstract

本发明请求保护一种基于覆石墨烯锥型光纤和非线性光纤放大环镜的混合锁模掺铥光纤激光器，属于激光技术和非线性光学领域。主要包括泵浦源、合束器、耦合器，掺铥光纤、隔离器、标准单模光纤、覆石墨烯锥型光纤同非线性放大环镜共同结合作为混合锁模器件，实现了2微米波段混合锁模超短脉冲输出。本发明结构实现了全光纤焊接，具有泵浦功率低、效率高和锁模稳定的优点，可作为性能优良激光光源使用。

Description

一种混合锁模掺铥光纤激光器
技术领域
本发明属于光纤激光器技术和微结构光纤领域，特别是一种基于覆石墨烯锥型光纤和非线性光纤放大环境的混合锁模掺铥光纤激光器。
背景技术
现有技术中，掺铥光纤激光器因其在激光医疗、遥感测量和光通信等领域的应用而受到极大关注。其中，锁模掺铥光纤激光器作为获得2μm超短脉冲激光光源的一种重要方式，因其输出脉冲能量大、峰值功率高、并处于人眼安全波段而展现出巨大的应用潜力。
一般情况下，在非线性放大环镜(“8”字型腔)锁模脉冲光纤激光器中，其输出重复频率较低，且锁模不容易实现自启动，然而把非线性放大环境(“8”字型腔)和覆石墨烯锥型光纤可饱和吸收装置混合作为可饱和吸收体的锁模脉冲光纤激光器，可以结合两者的优点：即可以实现重复频率较高也可以自启动的锁模脉冲输出。
把锥形微纳光纤和可饱和吸收体材料结合作为可饱和吸收体是近些年来研究的热点。在现有的制作方式中，把带基底的可饱和吸收材料包裹在锥型光纤上，再用相应的溶液溶解掉衬底，然而这种方法需要在显微镜下操作，不便于大规模产业化。
发明内容
本发明旨在解决以上现有技术的问题。提出了一种实现了2微米波段、高重频、可自启动的混合锁模脉冲输出、实现大规模产业化的基于放大环境的混合锁模掺铥光纤激光器。本发明的技术方案如下：
一种混合锁模掺铥光纤激光器，其采用一种基于放大环境的混合锁模掺铥光纤激光器，其采用基于覆石墨烯锥型光纤可饱和吸收装置(5)和“8”字型腔来形成混合锁模装置，具体包括：用于产生激光的激光泵浦源(1)、用于将泵浦光耦合进谐振腔的合束器(2)、用于产生2微米激光的掺铥增益光纤(3)、用于将光信号分路的四端口耦合器(4)、覆石墨烯锥型光纤可饱和吸收装置(5)、用于保证光单向传输的隔离器(6)、用于对功率进行分配的三端口耦合器(7)以及(连通前述结构的)标准单模光纤；其中，所述激光泵浦源(1)的输出端连接合束器(2)的输入端，合束器(2)的输出端连接增益光纤(3)的一端，增益光纤(3)的另一端连接四端口耦合器(4)的输入端，四端口耦合器(4)的输出端连接隔离器(6)的输入端，隔离器(6)的输出端连覆石墨烯锥型光纤可饱和吸收装置(5)，覆石墨烯锥型光纤可饱和吸收装置的输出端连接三端口耦合器(7)的输入端。三端口耦合器(7)的输出端一端连回四端口耦合器(4)的输出端。
进一步的，所述激光泵浦源(1)的中心波长为780nm到810nm或1180到1210nm或1540nm到1570nm的半导体激光器。
进一步的，所述增益光纤(3)的掺杂元素为铥。
进一步的，所述三端口耦合器(7)的输出端70％与50：50四端口耦合器(4)相连，30％连接外部测量设备。
进一步的，所述混合锁模装置是通过两片石墨烯/聚二甲基硅烷PDM薄膜(9)中间夹着拉锥光纤腰锥部(8)构成锁模器件，PDMS相当于一个衬底，石墨烯薄膜贴覆在上面。
进一步的，所述石墨烯/聚二甲基硅烷PDMS薄膜(9)中的石墨烯为单层石墨烯薄膜。
进一步的，所述石墨烯/PDMS薄膜(9)中的聚二甲基硅烷(PDMS)衬底厚度为1mm到2mm。
进一步的，所述覆石墨烯锥型光纤可饱和吸收装置中的锥形光纤(8)锥腰区域直径为5μm到9μm，锥形光纤锥腰区域长度为1cm到2cm。
进一步的，所述覆石墨烯锥型光纤可饱和吸收装置(5)的制备方法为：首先，准备一根1m长的普通单模光纤，剥去中间涂覆层，利用光纤拉锥机将光纤拉到直径9μm，然后将拉锥好的光纤夹在两片事先制备好的以PDMS为衬底的单层石墨烯薄膜中间。
本发明的优点及有益效果如下：
1、本发明采用覆石墨烯锥型光纤同非线性放大环镜结合实现混合锁模，相较于单一可饱和吸收体的的锁模脉冲输出，该装置使锁模可以自启动且重频更高，更稳定。
2、本发明的装置有着较高的损伤阈值，可以在高功率下探索实验的特性。
本发明由两片石墨烯/PDMS薄膜中间夹着拉锥光纤腰锥部构成锁模器件，可以很好的解决可饱和吸收体制作复杂且效果不稳定的缺点，可以使锁模更稳定，性能更优。
3、本发明的优势在于，可以相对商业化的可饱和吸收体锁模器件，本发明制作简单，成本低廉，便于大规模量产，为现在高度集成的产业化发展提供了可能性。
附图说明
图1是本发明提供优选实施例优选实施例的原理结构示意图；
图中标记1、激光泵浦源，2、合束器，3、掺铥增益光纤，4、50：50四端口耦合器，5、覆石墨烯锥型光纤可饱和吸收装置，6、隔离器，7、三端口30：70输出耦合器。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、详细地描述。所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例。
本发明解决上述技术问题的技术方案是：
如图1所示，一种基于覆石墨烯锥型光纤和非线性光纤放大环境的混合锁模掺铥光纤激光器采用如图1所示的腔型结构，主要包括：中心波长为793nm，输出最大功率为12W的激光泵浦源；工作波长为2000nm的(2+1)x1合束器，双包层掺铥光纤，50：50定向耦合器，覆石墨烯锥型光纤可饱和吸收装置，隔离器，分光比为30：70的光纤耦合器，SMF28e普通单模光纤。其中：中心波长为793nm，输出最大功率为12W的激光泵浦源的输出端连接工作波长为2000nm的(2+1)x1合束器的输入端，工作波长为2000nm的(2+1)x1合束器的输出端连接掺铥增益光纤的一端，掺铥增益光纤的另一端连接50：50四端口耦合器的输入端，50：50四端口耦合器的输出端连接隔离器的输入端，隔离器的输出端连接覆石墨烯锥型光纤可饱和吸收体装置，覆石墨烯锥型光纤可饱和吸收装置的输出端连接分光比为30：70的光纤耦合器的输入端。分光比为30：70的光纤耦合器的输出端一端连回50：50四端口耦合器的输出端。
对于覆石墨烯锥型光纤可饱和吸收装置的具体制作方法为：首先，准备一根1m长的普通单模光纤，剥去中间涂覆层，利用光纤拉锥机将光纤拉到直径9μm，然后将拉锥好的光纤夹在两片事先制备好的以PDMS为衬底的单层石墨烯薄膜中间。
以上这些实施例应理解为仅用于说明本发明而不用于限制本发明的保护范围。在阅读了本发明的记载的内容之后，技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等效变化和修饰同样落入本发明权利要求所限定的范围。

Claims (9)

1.一种混合锁模掺铥光纤激光器，其特征在于，采用基于覆石墨烯锥型光纤可饱和吸收装置(5)和“8”字型腔来形成混合锁模装置，具体包括：用于产生激光的激光泵浦源(1)、用于将泵浦光耦合进谐振腔的合束器(2)、用于产生2微米激光的掺铥增益光纤(3)、用于将光信号分路的四端口耦合器(4)、覆石墨烯锥型光纤可饱和吸收装置(5)、用于保证光单向传输的隔离器(6)、用于对功率进行分配的三端口耦合器(7)以及连通前述结构的标准单模光纤；其中，所述激光泵浦源(1)的输出端连接合束器(2)的输入端，合束器(2)的输出端连接增益光纤(3)的一端，增益光纤(3)的另一端连接四端口耦合器(4)的输入端，四端口耦合器(4)的输出端连接隔离器(6)的输入端，隔离器(6)的输出端连覆石墨烯锥型光纤可饱和吸收装置(5)，覆石墨烯锥型光纤可饱和吸收装置的输出端连接三端口耦合器(7)的输入端。三端口耦合器(7)的输出端一端连回四端口耦合器(4)的输出端。
2.根据权利要求1所述的一种混合锁模掺铥光纤激光器，其特征在于：所述激光泵浦源(1)的中心波长为780nm到810nm或1180到1210nm或1540nm到1570nm的半导体激光器。
3.根据权利要求1所述的一种混合锁模掺铥光纤激光器，其特征在于：所述增益光纤(3)的掺杂元素为铥。
4.根据权利要求1所述的一种混合锁模掺铥光纤激光器，其特征在于：所述三端口耦合器(7)的输出端70％与50：50四端口耦合器(4)相连，30％连接外部测量设备。
5.根据权利要求1所述的一种混合锁模掺铥光纤激光器，其特征在于：所述混合锁模装置是通过两片石墨烯/聚二甲基硅烷PDM薄膜(9)中间夹着拉锥光纤腰锥部(8)构成锁模器件，PDMS相当于一个衬底，石墨烯薄膜贴覆在上面。
6.根据权利要求5所述的一种混合锁模掺铥光纤激光器，其特征在于：所述石墨烯/聚二甲基硅烷PDMS薄膜(9)中的石墨烯为单层石墨烯薄膜。
7.根据权利要求5所述的一种混合锁模掺铥光纤激光器，其特征在于：所述石墨烯/PDMS薄膜(9)中的聚二甲基硅烷(PDMS)衬底厚度为1mm到2mm。
8.根据权利要求5所述的一种混合锁模掺铥光纤激光器，其特征在于：所述覆石墨烯锥型光纤可饱和吸收装置中的锥形光纤(8)锥腰区域直径为5μm到9μm，锥形光纤锥腰区域长度为1cm到2cm。
9.根据权利要求5所述的一种混合锁模掺铥光纤激光器，其特征在于：所述覆石墨烯锥型光纤可饱和吸收装置(5)的制备方法为：首先，准备一根1m长的普通单模光纤，剥去中间涂覆层，利用光纤拉锥机将光纤拉到直径9μm，然后将拉锥好的光纤夹在两片事先制备好的以PDMS为衬底的单层石墨烯薄膜中间。
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