一種基于石墨烯和偏芯結(jié)構(gòu)的波長可開關(guān)光纖激光器的制造方法
【專利摘要】一種基于石墨烯和偏芯結(jié)構(gòu)的波長可開關(guān)光纖激光器，由泵源、波分復用器、摻鉺光纖、毛細管、石墨烯、環(huán)行器、布拉格光纖光柵、標準單模光纖偏芯結(jié)構(gòu)、可變光衰減器和光耦合器組成并通過標準單模光纖串聯(lián)連接構(gòu)成環(huán)路諧振腔，毛細管中裝有端面涂覆有石墨烯溶液的標準單模光纖，環(huán)行器的輸出端e依次與布拉格光纖光柵和標準單模光纖偏芯結(jié)構(gòu)串聯(lián)連接，光耦合器的輸出端j為光纖激光器的輸出端。本發(fā)明的優(yōu)點是：將石墨烯接入環(huán)路諧振腔中，可有效抑制摻鉺光纖產(chǎn)生的模式競爭效應，并配合標準單模光纖偏芯結(jié)構(gòu)和布拉格光柵作為梳狀濾波器以及可變光衰減器的調(diào)諧實現(xiàn)單雙波長可開關(guān)的穩(wěn)定輸出；該光纖激光器結(jié)構(gòu)簡單、成本低，技術(shù)經(jīng)濟效果顯著。
【專利說明】—種基于石墨烯和偏芯結(jié)構(gòu)的波長可開關(guān)光纖激光器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于高速光纖通信和激光【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是一種基于石墨烯和偏芯結(jié)構(gòu)的波長可開關(guān)光纖激光器。
【背景技術(shù)】
[0002]激光器是當前高速光纖通信系統(tǒng)領(lǐng)域研究的熱點。光纖激光器的開發(fā)研制正向多功能化、實用化方向發(fā)展。由于激光器中較強的模式競爭效應，很難在室溫下得到穩(wěn)定的激光輸出。目前已經(jīng)有很多方法來克服這一難題:比如將摻鉺光纖放入液態(tài)氮中冷卻，利用高非線性光纖的四波混頻效應，增強偏振燒孔效應等。相對于傳統(tǒng)的激光器，新型物質(zhì)石墨烯以其獨有的光學特性，可以作為非線性介質(zhì)放入環(huán)路諧振腔中抑制鉺纖的模式競爭，實現(xiàn)激光的穩(wěn)定輸出，具有工藝簡單成本低廉的特點。
[0003]波長可開關(guān)的光纖激光器在諸多方面有著廣泛的應用。例如波分復用系統(tǒng)、光纖通信系統(tǒng)、光纖傳感系統(tǒng)、光信號的運算和光學器件的測量，特別是應用在目前高速WDM網(wǎng)絡波長路由的光源。實現(xiàn)波長可開關(guān)光纖激光器的手段有很多，目前主要有:級聯(lián)的光纖布拉格光柵、多段雙折射Sagnac光纖環(huán)鏡、刻有布拉格的高非線性光纖、刻有布拉格的多模光纖等。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是實現(xiàn)一種低成本、高穩(wěn)定性的波長可開關(guān)光纖激光器。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案:
一種基于石墨烯和偏芯結(jié)構(gòu)的波長可開關(guān)光纖激光器，由980nm/1480nm泵源、波分復用器、摻鉺光纖、毛細管、石墨烯、環(huán)行器、布拉格光纖光柵、標準單模光纖偏芯結(jié)構(gòu)、可變光衰減器和10:90光耦合器組成并通過標準單模光纖串聯(lián)連接構(gòu)成環(huán)路諧振腔，波分復用器的三個端口分別為輸入端a、輸出端b和輸入端c,其中輸入端a與980nm/1480nm泵源連接；毛細管的長度為3cm、直徑為126 μ m,毛細管中裝有一段端面涂覆有石墨烯溶液的標準單模光纖，該標準單模光纖直徑與毛細管直徑匹配；環(huán)行器的三個端口分別為輸入端d和輸出端e、輸出端f，其中輸入端d與插入毛細管的標準單模光纖連接,輸出端e依次與布拉格光纖光柵和標準單模光纖偏芯結(jié)構(gòu)通過標準單模光纖串聯(lián)連接，輸出端f與可變光衰減器連接；光|禹合器的四個端口分別為輸入端g、輸入端h、輸出端i和輸出端j，其中輸入端g與可變光衰減器的輸出端連接，輸入端h與標準單模光纖偏芯結(jié)構(gòu)的輸出端連接，輸出端i與波分復用器的輸入端c連接,輸出端j為整個光纖激光器的輸出端。
[0006]所述標準單模光纖偏芯結(jié)構(gòu)的制備方法，步驟如下:
1)將一段標準單模光纖與中間段標準單模光纖進行偏芯熔接，放電量200bit，偏芯量小于9 μ m并通過控制熔接機的步進電機來控制偏芯距離；
2)截取中間段標準單模光纖長度為3-5cm；
3)將第三段標準單模光纖與截取之后的中間段標準單模光纖進行再次偏芯熔接，放電量200 bit，偏芯量小于9 μ m并通過控制熔接機的步進電機來控制偏芯距離，即可制得標準單模光纖偏芯結(jié)構(gòu)。
[0007]本發(fā)明的工作機理:
石墨烯是一種新型物質(zhì)材料，具有獨特的非線性光學特性，制作工藝簡單；相比與其他非線性介質(zhì)如光子晶體光纖、色散位移光纖等成本較低；應用于光纖激光器中其獨特的性質(zhì)能夠大大降低腔內(nèi)損耗。因此，石墨烯是一種能夠抑制摻鉺光纖的模式競爭產(chǎn)生穩(wěn)定激光輸出的新型介質(zhì)。在實現(xiàn)激光穩(wěn)定輸出的基礎(chǔ)上，環(huán)路諧振腔中由標準單模光纖構(gòu)成的偏芯結(jié)構(gòu)，根據(jù)干涉原理，可作為一種梳狀濾波器可以實現(xiàn)激光的產(chǎn)生。將偏芯結(jié)構(gòu)的第一段標準單模光纖與布拉格光柵級聯(lián)，對于標準單模光纖偏芯結(jié)構(gòu)形成的梳狀譜，會由于布拉格光柵的影響產(chǎn)生一個透射峰，從而能夠?qū)崿F(xiàn)單波長的輸出。將可變光衰減器接入到環(huán)路諧振腔內(nèi)，起初設置衰減為零，由于偏芯結(jié)構(gòu)插入損耗的存在，只能在光柵的中心波長位
置為觀測到單激光的產(chǎn)生；調(diào)節(jié)可變衰減器，當損耗大于偏芯結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的插入損耗時，只能在偏芯結(jié)構(gòu)的通帶內(nèi)觀測到單激光弋；此外，當可變衰減器產(chǎn)生的損耗與偏芯結(jié)構(gòu)的插入損耗相等時，可以同時在Λ和.處觀測到雙波長激光的輸出。因此通過改變可變光衰減
器控制腔內(nèi)損耗，可實現(xiàn)單雙波長的可開關(guān)。
[0008]本發(fā)明的優(yōu)點和有益效果是:
將石墨烯作為一種新型非線性介質(zhì)接入到環(huán)路諧振腔中，可有效抑制摻鉺光纖產(chǎn)生的模式競爭效應，并配合標準單模光纖偏芯結(jié)構(gòu)作為梳狀濾波器產(chǎn)生單波長激光，布拉格光柵的引入同樣能夠?qū)崿F(xiàn)單波長的輸出，并通過可變光衰減器對腔內(nèi)損耗的調(diào)節(jié)實現(xiàn)單雙波長可開關(guān)的穩(wěn)定輸出；該光纖激光器結(jié)構(gòu)簡單、成本低易于實施，技術(shù)經(jīng)濟效果顯著，適于推廣應用。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0009]圖1為該波長可開關(guān)光纖激光器結(jié)構(gòu)示意圖。
[0010]圖2為標準單模光纖偏芯結(jié)構(gòu)放大示意圖。
[0011]圖中:1.980nm/1480nm泵源 2.波分復用器 3.摻鉺光纖 4.毛細管 5.石墨烯 6.環(huán)行器 7.布拉格光纖光柵 8.標準單模光纖偏芯結(jié)構(gòu)9.可變光衰減器
10.10:90光稱合器11.標準單模光纖。
[0012]圖3為標準單模光纖偏芯結(jié)構(gòu)與布拉格光纖光柵級聯(lián)的傳輸函數(shù)仿真圖。
【具體實施方式】
[0013]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步的具體說明:
實施例:
一種基于石墨烯和偏芯結(jié)構(gòu)的波長可開關(guān)光纖激光器，如圖1所不，由980nm/1480nm泵源1、波分復用器2、摻鉺光纖3、毛細管4、石墨烯5、環(huán)行器6、布拉格光纖光柵7、標準單模光纖偏芯結(jié)構(gòu)8、可變光衰減器9和10:90光耦合器10組成并通過標準單模光纖串聯(lián)連接構(gòu)成環(huán)路諧振腔，波分復用器2的三個端口分別為輸入端a、輸出端b和輸入端C，其中輸入端a與980nm/1480nm泵源I連接；毛細管4的長度為3cm、直徑為126 μ m,毛細管4中裝有一段端面涂覆有石墨烯5溶液的標準單模光纖，該標準單模光纖直徑與毛細管4直徑匹配；環(huán)行器6的三個端口分別為輸入端d和輸出端e、輸出端f,其中輸入端d與插入毛細管4的標準單模光纖連接，輸出端e依次與布拉格光纖光柵7和標準單模光纖偏芯結(jié)構(gòu)8通過標準單模光纖串聯(lián)連接，輸出端f與可變光衰減器9連接；光耦合器10的四個端口分別為輸入端g、輸入端h、輸出端i和輸出端j，其中輸入端g與可變光衰減器9的輸出端連接,輸入端h與標準單模光纖偏芯結(jié)構(gòu)8的輸出端連接，輸出端i與波分復用器2的輸入端c連接，輸出端j為整個光纖激光器的輸出端。
[0014]所述標準單模光纖偏芯結(jié)構(gòu)的制備方法，步驟如下:
1)將一段標準單模光纖與中間段標準單模光纖進行偏芯熔接，放電量200bit，偏芯量小于9 μ m并通過控制熔接機的步進電機來控制偏芯距離；
2)截取中間段標準單模光纖長度為3-5cm；
3)將第三段標準單模光纖與截取之后的中間段標準單模光纖進行再次偏芯熔接，放電量200 bit，偏芯量小于9 μ m并通過控制熔接機的步進電機來控制偏芯距離，即可制得標準單模光纖偏芯結(jié)構(gòu)，如圖2所示。
[0015]圖3為標準單模光纖偏芯結(jié)構(gòu)與布拉格光纖光柵級聯(lián)的傳輸函數(shù)仿真圖，圖中表明:標準單模光纖偏芯結(jié)構(gòu)的透射譜成有著周期性的通帶，與布拉格光柵級聯(lián)后，通帶出現(xiàn)一個光柵形成的透射谷。同時由于布拉格的反射作用，在通過環(huán)形器的另一環(huán)路形諧振腔會出現(xiàn)一個反射峰與透射谷相抵消，因此標準單模光纖偏芯結(jié)構(gòu)形成的濾波器在摻鉺光纖的最大增益處會出現(xiàn)一個單波長激光。
[0016]該實施例的工作分析:泵浦光經(jīng)波分復用器2的端口 b輸入摻鉺光纖3得到了增益，在通過布拉格光柵7以及標準單模光纖偏芯結(jié)構(gòu)8和經(jīng)過可變光衰減器9的調(diào)節(jié)之后，可以實現(xiàn)單波長、雙波長激光的輸出以及波長之間的轉(zhuǎn)換。光通過涂覆有石墨烯5的標準單模光纖后，起到了一定的穩(wěn)頻作用，有利用雙波長的穩(wěn)定。這些光經(jīng)過10:90耦合器10的輸出端i回到波分復用器2，經(jīng)過輸出端j輸出激光。布拉格光柵7的引入產(chǎn)生單波長激光的輸出，標準單模光纖11熔接成的標準單模光纖偏芯結(jié)構(gòu)起到一定的梳狀濾波效果，能夠?qū)崿F(xiàn)單波長的輸出，可變光衰減器的配合使用，實現(xiàn)了波長可開關(guān)激光的輸出。
【權(quán)利要求】
1.一種基于石墨烯和偏芯結(jié)構(gòu)的波長可開關(guān)光纖激光器，其特征在于:由980nm/1480nm泵源、波分復用器、摻鉺光纖、毛細管、石墨烯、環(huán)行器、布拉格光纖光柵、標準單模光纖偏芯結(jié)構(gòu)、可變光衰減器和10:90光耦合器組成并通過標準單模光纖串聯(lián)連接構(gòu)成環(huán)路諧振腔，波分復用器的三個端口分別為輸入端a、輸出端b和輸入端c,其中輸入端a與980nm/1480nm泵源連接；毛細管的長度為3cm、直徑為126 μ m,毛細管中裝有一段端面涂覆有石墨烯溶液的標準單模光纖，該標準單模光纖直徑與毛細管直徑匹配；環(huán)行器的三個端口分別為輸入端d和輸出端e、輸出端f，其中輸入端d與插入毛細管的標準單模光纖連接，輸出端e依次與布拉格光纖光柵和標準單模光纖偏芯結(jié)構(gòu)通過標準單模光纖串聯(lián)連接，輸出端f與可變光衰減器連接；光耦合器的四個端口分別為輸入端g、輸入端h、輸出端i和輸出端j，其中輸入端g與可變光衰減器的輸出端連接，輸入端h與標準單模光纖偏芯結(jié)構(gòu)的輸出端連接，輸出端i與波分復用器的輸入端c連接，輸出端j為整個光纖激光器的輸出端。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于石墨烯和偏芯結(jié)構(gòu)的波長可開關(guān)光纖激光器，其特征在于:所述標準單模光纖偏芯結(jié)構(gòu)的制備方法，步驟如下: 1)將一段標準單模光纖與中間段標準單模光纖進行偏芯熔接，放電量200bit，偏芯量小于9 μ m并通過控制熔接機的步進電機來控制偏芯距離； 2)截取中間段標準單模光纖長度為3-5cm； 3)將第三段標準單模光纖與截取之后的中間段標準單模光纖進行再次偏芯熔接，放電量200 bit，偏芯量小于9 μ m并通過控制熔接機的步進電機來控制偏芯距離，即可制得標準單模光纖偏芯結(jié)構(gòu)。
【文檔編號】H01S3/08GK103956640SQ201410212880
【公開日】2014年7月30日 申請日期:2014年5月20日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月20日
【發(fā)明者】童崢嶸, 郝霞, 曹曄, 張衛(wèi)華 申請人:天津理工大學