[实用新型]基于石墨烯薄膜吸收体的2.0μm波段锁模光纤激光器

说明书

技术领域

本实用新型属于光纤激光器制造技术领域，具体涉及一种采用石墨烯薄膜吸收体锁模的2.0μm脉冲光纤激光器，其包括泵浦源、掺铥光纤、光纤合束器、隔离器、偏振控制器、耦合器、保偏光纤、分光器等有源和无源器件，其得到的输出波长2.0μm的光纤激光可以应用于光纤传感、激光医疗、雷达、光学仪器、光纤激光器等诸多领域。

背景技术

2.0μm波段光纤激光器作为光纤激光器技术研究领域中最前沿的方向之一，已经广泛地应用于激光医疗、光传感、激光测距、激光导航等多个领域。2.0μm波段光纤激光器的研究过程中，锁模脉冲光纤激光器成为研究人员关注的热点。

实现锁模光纤激光器的方法主要有主动锁模和被动锁模，主动锁模技术采用接入外调制源实现输出激光的同步模式锁定；被动锁模技术利用激光器谐振腔内器件的非线性光学效应实现锁模和超短脉冲输出。

因不需要外界附加的调制源，采用被动锁模技术的激光器避免了主动锁模激光器中由于引入电调制器而引起的调制带宽限制，可以产生更短的光脉冲，并且具有易于同步、输出脉冲峰值功率高等特性，且结构简单、成本低廉，成为近年来研究与开发的主流。

实现被动锁模最常用的方法是在谐振腔内加入半导体饱和吸收体，然而现有的半导体饱和吸收体制作工艺复杂、对某些特定的激光波长插入损耗高、光谱响应范围窄，导致可饱和吸收效应差、生产成本高。

发明内容

针对现有技术存在的上述问题，并基于石墨烯材料饱和吸收的原理，本实用新型提供了一种采用石墨烯薄膜饱和吸收体的2.0μm波段被动锁模光纤激光器，其获得的2.0μm波段脉冲激光具有峰值功率高、脉冲宽度窄、重复频率高等优点，其结构简单、制造成本低，并且易于与光纤系统集成，通过调节偏振控制器，实现输出脉冲波长的调谐。

为实现上述目的，本实用新型采取以下技术方案：基于石墨烯薄膜吸收体的2.0μm波段被动锁模光纤激光器，包括泵浦源(1)、合束器(2)、掺铥光纤(3)、隔离器(4)、第一偏振控制器(5)、耦合器(6)、保偏光纤(7)、第二偏振控制器(8)、分光器(10)、石墨烯锁模器(9)，石墨烯锁模器(9)由活动连接器(12)、石墨烯薄膜(13)组成，石墨烯薄膜(13)嵌入活动连接器(12)内作为吸收体；所述的隔离器(4)为2.0μm波段隔离器(4)；泵浦源(1)通过光纤连接合束器(2)的第一端口(a)，合束器(2)的第二端口(c)与掺铥光纤(3)的一端通过光纤相连；合束器(2)的第三端口(b)与2.0μm波段隔离器(4)的输入端口通过光纤相连，2.0μm波段隔离器(4)的输出端口与第一偏振控制器(5)的一端通过光纤相连，第一偏振控制器(5)的另一端与耦合器(6)的第一端口(d)通过光纤连接；耦合器(6)的第二端口(e)与保偏光纤(7)的一端通过光纤相连，保偏光纤(7)的另一端与第二偏振控制器(8)的一端通过光纤相连，第二偏振控制器(8)的另一端与耦合器(6)的第三端口(f)通过光纤相连；耦合器(6)的第四端口(g)与石墨烯锁模器(9)的一端通过光纤(11)相连，石墨烯锁模器(9)的另一端与分光器(10)的第一端口(h)通过另一条光纤(11)相连；与石墨烯锁模器(9)相连的两条光纤(11)都伸入活动连接器(12)内并分别通过活动接头(14)与活动连接器(12)固定连接，两条光纤(11)的端部相对且留有间隙，所述的石墨烯薄膜(13)处于该间隙；分光器(10)的第二端口(i)与掺铥光纤(3)的另一端通过光纤相连；分光器(10)的输出端口(j)获得2.0μm波段锁模激光。

优选的，泵浦源(1)的波长为793nm。

优选的，掺铥光纤(3)的长度为3m。

优选的，石墨烯锁模器(9)为微米级厚度的石墨烯薄膜(13)。

优选的，分光器(10)采用80∶20的分光器。

选择3米长掺铥光纤，在泵浦源的作用下，其长度满足产生2.0μm波段激光所需的增益。在耦合器的端口e和端口f之间接入一段高双折射型的保偏光纤和一个偏振控制器，通过调节偏振控制器，改变光信号在光纤中的偏振相关损耗，从而改变耦合器的端口e和端口f之间光信号的干涉波长，实现激光振荡波长的调谐。