[发明专利]基于石墨烯的被动锁模光纤激光器延时反馈混沌化系统

说明书

技术领域

本发明属于光通信器件的技术领域，特别涉及一种石墨烯锁模的具有延时反馈装置的光纤激光器的混沌化系统。

背景技术

通信技术的进步是国民经济发展的重要表现，目前普遍使用的通信传输技术其载波都是特定参数的正弦波或其它特定信号，任何公司和个人只要了解通信协议的规范都可以自己生产光纤通信设备，达到彼此通信的目的。但是在国家的国防建设中，许多信息的传输都涉及到国家的机密内容，这种不安全的传输方式使得信息很容易泄漏。非线性混沌同步理论的发展给我们提供了一种理想的保密通信的可能。混沌作为上个世纪后半段发现和研究的一个重要理论，最初没有发现有什么实际用途，但自从1990年美国科学家Pecora和Carroll发现混沌同步以来，混沌系统成为了一种最有潜力的保密通信的载体。目前世界各国都在研究电子通信系统的同步和混沌通信系统，但是由于其速度慢，现在许多学者都把研究重点放在了光纤激光器系统上。因此光纤激光器的混沌同步研究也越来越多。

随着近年来光通信技术的高速发展，光通信正在向高速度、大容量、宽带宽、长距离、低成本方向迅速发展。对于高速光时分复用(OTDM)通信系统，最核心的技术就是高重复频率超短光脉冲的产生技术，基于锁模技术的超高速掺铒光纤激光器是目前产生超短光脉冲的最主要方法。被动锁模技术是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光脉冲输出的一种方法。因为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(通常为飞秒级)，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，是真正的全光器件，可以实现全光纤集成。因此，基于被动锁模光纤激光器的混沌同步系统更有发展前景和应用价值。

2004年，英国曼彻斯特大学的安德烈·K·海姆(Andre K.Geim)等研究人员制备出了石墨烯，石墨烯的问世引起了全世界的研究热潮。它是已知材料中最薄的一种，牢固坚硬，结构也非常稳定。石墨烯是一种密集蜂窝状晶格结构的二维碳原子单层，这种稳定的晶格结构使碳原子具有优良的导电性，它在室温下传递电子的速度比已知导体都快(达到了光速的1/300)。虽然石墨烯最初的重要应用领域是关于石墨烯美妙的电子特性，但由于在光学应用中石墨烯薄片的加工条件相对宽松，因此石墨烯及其复合材料的光学应用可能出现在高端电子应用之前。例如可以利用它在高光强下的光损耗属性作为一种非线性光学材料应用在超高速掺铒光纤激光器系统中。对石墨烯的非线性光学特性进行更深入的研究，可以大大扩展石墨烯材料在光电子器件上的应用。

与本发明相近的现有技术是被动锁模光纤激光器系统，其结构如图1所示。图1中，1为泵浦激光器；2为波分复用光纤耦合器；3为光纤耦合器，5为偏振控制器；6为隔离器；7为掺铒光纤；8为单模光纤；9为锁模装置。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，目前被动锁模光纤激光器主要应用半导体饱和吸收镜(SESAMs)为锁模器件。然而，应用SESAMs可调范围很窄，而且需要很复杂的生产和包装过程。一种简单而且经济的替代方法是用单壁碳纳米管(SWCNTs)，其工作波长可以通过选择SWCNTs的半径来决定。但是，SWCNTs的小半径和大表面张力，使得损坏门限较低；作为饱和吸收体时不可避免的要对SWCNTs材料进行捆绑，催化，粘附无定形碳等，这些都可能导致饱和吸收作用损失。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，克服背景技术的可调范围很窄、损坏门限较低、有饱和吸收作用损失等缺欠，利用新型纳米材料石墨烯作为饱和吸收体，设计石墨烯的被动锁模光纤激光器延时反馈混沌化系统，达到整个系统的混沌化，结构简单，易于安装和操作；产生超短光脉冲输出，易于同步、输出脉冲峰值功率高的目的。

上述的目的通过以下的技术方案实现：