一種基于氧化石墨烯的窄線寬多波長摻鉺光纖激光器的制造方法
【專利摘要】一種基于氧化石墨烯的窄線寬多波長摻鉺光纖激光器，由波分復(fù)用器、摻鉺光纖、偏振控制器a、偏振相關(guān)隔離器、偏振控制器b、保偏光纖、毛細(xì)管、氧化石墨烯和光耦合器組成并通過單模光纖連接構(gòu)成環(huán)路諧振腔，波分復(fù)用器的輸入端a與泵源連接；毛細(xì)管中裝有一段端面涂覆有氧化石墨烯溶液的單模光纖，該單模光纖直徑與毛細(xì)管直徑匹配；光耦合器的輸出端f為整個激光器的輸出端。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是：該激光器通過將氧化石墨烯溶液經(jīng)過多次提拉涂覆鍍到單模光纖的端面上并利用毛細(xì)管作為平臺實(shí)現(xiàn)光纖對接，將氧化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，實(shí)現(xiàn)多波長的穩(wěn)定輸出；該激光器結(jié)構(gòu)簡單，成本低，技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果顯著，適于推廣應(yīng)用。
【專利說明】一種基于氧化石墨烯的窄線寬多波長摻鉺光纖激光器
【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】特別是一種基于氧化石墨烯的窄線寬多波長摻鉺光纖激光器。
【背景技術(shù)】
[0002]多波長光纖激光器是當(dāng)前波分復(fù)用高速通信系統(tǒng)領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)。目前，在波分復(fù)用網(wǎng)絡(luò)中，一般采用半導(dǎo)體分布反饋激光器作為光源。然而，每一個波分復(fù)用支路需要一個穩(wěn)定的分布反饋激光器光源，這導(dǎo)致了系統(tǒng)的復(fù)雜性，增加了系統(tǒng)的成本，而且無法滿足穩(wěn)定性的要求。在小規(guī)模的波分復(fù)用網(wǎng)絡(luò)中(一般小于10個支路)，減小光源的成本和復(fù)雜性顯得尤為重要。因此，多波長激光器增加了波分復(fù)用技術(shù)的經(jīng)濟(jì)效益。多波長工作的摻鉺光纖激光器在未來可以代替密集波分復(fù)用(DWDM)光纖通信系統(tǒng)中單個半導(dǎo)體激光器，近年來成為了研究熱點(diǎn)。多波長激光器可以同時為多個信道提供所需光源，使光發(fā)射端的設(shè)計(jì)更為緊湊、經(jīng)濟(jì)，因而在密集波分復(fù)用系統(tǒng)中有很重要的用途。隨著對光纖激光器研究的不斷深入，其應(yīng)用的范圍不斷擴(kuò)展，實(shí)用化的步伐不斷加快。
[0003]多波長摻鉺光纖激光器以結(jié)構(gòu)緊湊、成本低、與光通信網(wǎng)絡(luò)兼容、能夠在室溫下穩(wěn)定工作等優(yōu)勢而成為研究熱點(diǎn)。
[0004]實(shí)現(xiàn)多波長摻鉺光纖激光器的技術(shù)手段有很多種，但大多輸出波長數(shù)目有限，且難以維持穩(wěn)定性。在傳統(tǒng)的激光器中，通常使用特種光纖或者幾千米甚至幾十千米的單模光纖進(jìn)行穩(wěn)頻，抑制激光器中的模式競爭效應(yīng)，特種光纖價格較貴，而單模光纖的損耗較大。2010年，氧化石墨烯被證明具有光學(xué)非線性效應(yīng)。因此氧化石墨烯可以作為非線性介質(zhì)應(yīng)用于光纖激光器中抑制鉺纖的模式競爭效應(yīng)達(dá)到穩(wěn)頻的效果。本發(fā)明使用新型材料氧化石墨烯代替?zhèn)鹘y(tǒng)的器件，同時利用其非線性和可飽和吸收特性，能有效的抑制摻鉺光纖帶來的模式競爭效應(yīng)并壓窄線寬，產(chǎn)生穩(wěn)定的窄線寬激光，具有工藝簡單，成本低廉，容易實(shí)現(xiàn)等特點(diǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是針對上述存在問題，提供一種低成本、高穩(wěn)定性的基于氧化石墨烯的窄線寬多波長摻鉺光纖激光器。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)方案:
一種基于氧化石墨烯的窄線寬多波長摻鉺光纖激光器，由波分復(fù)用器、摻鉺光纖、偏振控制器a、偏振相關(guān)隔離器、偏振控制器b、保偏光纖、毛細(xì)管、氧化石墨烯和10:90光耦合器組成并通過單模光纖連接構(gòu)成環(huán)路諧振腔，波分復(fù)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(xì)管中裝有一段端面涂覆有氧化石墨烯溶液的單模光纖，該單模光纖直徑與毛細(xì)管直徑匹配；光耦合器的三個端口分別為輸入端d、輸出端e和輸出端f，其中輸出端f為整個激光器的輸出端。
[0007]所述保偏光纖的長度為5-10m。[0008]所述毛細(xì)管的長度為3cm、直徑為126 μ m。
[0009]所述裝有單模光纖的毛細(xì)管的制備方法，步驟如下:
1)選取直徑為125μ m的標(biāo)準(zhǔn)單模光纖，剝?nèi)ス饫w的涂覆層，將光纖端面切割平整，然后浸入濃度為2mg/ml的氧化石墨烯溶液中靜置30分鐘后取出，室溫下晾干；
2)重復(fù)上述步驟4-6次，經(jīng)多次提拉至達(dá)到鍍膜厚度為18-22μ m ；
3)將末端鍍有氧化石墨烯的單模光纖插入直徑為126μ m的毛細(xì)管中，與另一段同直徑的單模光纖對接并進(jìn)行封裝固定即可。
[0010]本發(fā)明的工作機(jī)理:
氧化石墨烯具有獨(dú)特的非線性光學(xué)特性，比石墨烯更加容易獲得，制作工藝簡單；相比與其他非線性介質(zhì)如光子晶體光纖、色散位移光纖等花費(fèi)成本較低；對于常用的較長標(biāo)準(zhǔn)單模光纖作為非線性介質(zhì)，能夠大大降低腔內(nèi)損耗。因此，氧化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)。氧化石墨烯具有很強(qiáng)的光吸收特性，同樣可以作為可飽和吸收體。在實(shí)現(xiàn)激光穩(wěn)定輸出的基礎(chǔ)上，利用其較強(qiáng)的光吸收特性可以起到一定的窄化線寬的作用，可應(yīng)用于光纖通信領(lǐng)域。環(huán)路諧振腔中由偏振控制器a、偏振相關(guān)隔離器、偏振控制器b和保偏光纖組成Lyot濾波器，利用非線性偏振旋轉(zhuǎn)效應(yīng)，Lyot濾波器作為一種梳狀濾波器可以實(shí)現(xiàn)多波長的產(chǎn)生，其中保偏光纖的長度選擇為5-10m范圍，用于增加系統(tǒng)的非線性偏振旋轉(zhuǎn)效應(yīng)，并根據(jù)其參數(shù)特性，得到的波長間隔理論值為
0.4-0.8nm，符合國際電信聯(lián)盟(ITU)對密集波分復(fù)用系統(tǒng)中光通道的波長間隔建議標(biāo)準(zhǔn)，具有一定的應(yīng)用價值。
[0011]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和有益效果是:通過將氧化石墨烯溶液經(jīng)過多次提拉涂覆的方法鍍到單模光纖的端面上，并利用毛細(xì)管作為平臺實(shí)現(xiàn)光纖對接，將氧化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(yīng)，并配合Lyot結(jié)構(gòu)作為梳狀濾波器產(chǎn)生多波長的穩(wěn)定輸出；該激光器結(jié)構(gòu)簡單，成本低，技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果顯著，適于推廣應(yīng)用。
[0012]【專利附圖】

【附圖說明】
圖1為該基于氧化石墨烯的窄線寬多波長摻鉺光纖激光器結(jié)構(gòu)示意圖。
[0013]圖2為裝有單模光纖的毛細(xì)管結(jié)構(gòu)放大示意圖。
[0014]圖中:1.980nm/1480nm泵源2.波分復(fù)用器3.摻鉺光纖4.偏振控制器a
5.偏振相關(guān)隔離器6.偏振控制器b 7.保偏光纖8.毛細(xì)管9.氧化石墨烯10.10:90光稱合器 11.標(biāo)準(zhǔn)單模光纖。
【具體實(shí)施方式】
[0015]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步的具體說明:
實(shí)施例:
一種基于氧化石墨烯的窄線寬多波長摻鉺光纖激光器，如圖1所示，由波分復(fù)用器2、摻鉺光纖3、偏振控制器a4、偏振相關(guān)隔離器5、偏振控制器6、保偏光纖7、毛細(xì)管8、氧化石墨烯9和10:90光耦合器10組成并通過單模光纖連接構(gòu)成環(huán)路諧振腔，波分復(fù)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；保偏光纖7長度為IOm ;毛細(xì)管8的長度為3cm、直徑為126 μ m,毛細(xì)管8中裝有一段端面涂覆有氧化石墨烯溶液的單模光纖9，該單模光纖9直徑與毛細(xì)管8直徑匹配；光耦合器10的三個端口分別為輸入端d、輸出端e和輸出端f，其中輸出端f為整個激光器的輸出端。
[0016]所述裝有單模光纖的毛細(xì)管的制備方法，其結(jié)構(gòu)如圖2所示，步驟如下:
1)選取直徑為125μ m的標(biāo)準(zhǔn)單模光纖，剝?nèi)ス饫w的涂覆層，將光纖端面切割平整，然后浸入濃度為2mg/ml的氧化石墨烯溶液中靜置30分鐘后取出，室溫下晾干；
2)重復(fù)上述步驟5次，多次提拉至達(dá)到鍍膜厚度為20μ m ;
3)將末端鍍有氧化石墨烯的單模光纖插入直徑為126μ m的毛細(xì)管中，與另一段同直徑的單模光纖對接并進(jìn)行封裝固定即可。
[0017]該實(shí)施例的工作分析:泵浦光經(jīng)波分復(fù)用器2的端口 b輸入摻鉺光纖3得到了增益，在通過偏振控制器a4和偏振相關(guān)隔離器5、偏振控制器b6、保偏光纖7后,光的偏振態(tài)發(fā)生了改變，并可以通過調(diào)節(jié)偏振控制器來改變光的偏振態(tài)。偏振光通過鍍有氧化石墨烯的單模光纖9，起到了一定的穩(wěn)頻作用。這些光經(jīng)過10:90耦合器10的輸出端e回到波分復(fù)用器2,經(jīng)過輸出端f輸出多波長激光。
[0018]在偏振控制器a4、偏振相關(guān)隔離器5、偏振控制器b6和保偏光纖7構(gòu)成的Lyot濾波器中，偏振相關(guān)隔離器5起到了起偏器和檢偏器的作用，保偏光纖7增強(qiáng)了非線性偏振旋轉(zhuǎn)效應(yīng)，線偏振光沿著兩個主軸入射，在保偏光纖7中能保持其線性偏振態(tài)，從而改變腔中的雙折射強(qiáng)度。
【權(quán)利要求】
1.一種基于氧化石墨烯的窄線寬多波長摻鉺光纖激光器，其特征在于:由波分復(fù)用器、摻鉺光纖、偏振控制器a、偏振相關(guān)隔離器、偏振控制器b、保偏光纖、毛細(xì)管、氧化石墨烯和10:90光耦合器組成并通過單模光纖連接構(gòu)成環(huán)路諧振腔，波分復(fù)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(xì)管中裝有一段端面涂覆有氧化石墨烯溶液的單模光纖，該單模光纖直徑與毛細(xì)管直徑匹配；光耦合器的三個端口分別為輸入端d、輸出端e和輸出端f，其中輸出端f為整個激光器的輸出端。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于氧化石墨烯的窄線寬多波長摻鉺光纖激光器，其特征在于:所述保偏光纖的長度為5-10m。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于氧化石墨烯的窄線寬多波長摻鉺光纖激光器，其特征在于:所述毛細(xì)管的長度為3cm、直徑為126 μ m。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于氧化石墨烯的窄線寬多波長摻鉺光纖激光器，其特征在于:所述裝有單模光纖的毛細(xì)管的制備方法，步驟如下: 1)選取直徑為125μ m的標(biāo)準(zhǔn)單模光纖，剝?nèi)ス饫w的涂覆層，將光纖端面切割平整，然后浸入濃度為2mg/ml的氧化石墨烯溶液中靜置30分鐘后取出，室溫下晾干； 2)重復(fù)上述步驟4-6次，經(jīng)多次提拉至達(dá)到鍍膜厚度為18-22μ m ； 3)將末端鍍有氧化石墨烯的單模光纖插入直徑為126μ m的毛細(xì)管中，與另一段同直徑的單模光纖對接并進(jìn)行封裝固定即可。
【文檔編號】H01S3/067GK103825178SQ201410106703
【公開日】2014年5月28日 申請日期:2014年3月21日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月21日
【發(fā)明者】童崢嶸, 郝霞, 曹曄, 張衛(wèi)華, 于雪莉 申請人:天津理工大學(xué)