[发明专利]基于石墨烯的多波长调Q稀土掺杂光纤激光器

说明书

技术领域

本发明涉及一种激光器，特别是涉及一种基于石墨烯的多波长调Q稀土掺杂光纤激光器。

背景技术

光纤激光器具有其他传统的激光器所无法比拟的高转换效率、高输出功率、高光束质量、高稳定性、宽带可调谐性和易小型化、无须制冷、维护简单等特点。

多波长调Q脉冲激光源因在波分复用光系统、光子微波信号处理、太赫兹产生源等领域具有巨大的潜在应用，最近引起了国内外激光科学家的广泛兴趣。然而，目前大多数调Q光纤激光器仅单一波长激射，多波长调Q脉冲激光器仍少有报道。尽管稀土掺杂光纤的宽增益波长范围有利于多波长激射的产生，但稀土掺杂光纤的均匀增益展宽特性导致很难在室温下实现多个波长同时激射。这就要求其他附加技术来抑制均匀增益展宽，目前主要包括：将稀土光纤制冷至超低温如液氮制冷至77K、开发特种稀土光纤如双芯光纤、使用相位调制器或频移器、腔内引入非线性增益如四波混频、受激拉曼/布里渊散射。其中，腔内引入四波混频技术可能最为简单、易于实现。研究者通常将非常长的高非线性光纤几km或光子晶体光纤插入多波长稀土光纤激光腔内激发非线性四波混频，但如此长的非线性光纤将使系统成本大幅增加。因此，开发一种低成本、高非线性光学材料以便容易地激发四波混频来抑制稀土光纤的均匀增益展宽，并最终实现稳定的多波长激射显得非常必要。

石墨烯自2004年发现至2010年被授予诺贝尔物理学奖，短短6年间便成为国际研究的热点并得到学术界的广泛认可([1]A.K.Geim and K.S.Novoselov，″The rise of graphene″，Nat.Mater.，vol.6(3)，pp.183-191，2007)，源于其独特的二维原子结构表现出许多奇异的物理特性，将可能成为微纳电子学、电化学、磁学、光学等众多学科的新基石。在光电子研究领域，石墨烯作为可饱和吸收体已表现出许多优越性能，包括极低的饱和光强度、超宽的饱和吸收波长范围、更大的调制深度、可承受高的光功率及光纤兼容等显著优点([2]Q.Bao，H.Zhang，Y.Wang，Z.Ni，Y.Yan，Z.X.Shen，K.P.Loh，and D.Y.Tang，″Atomic-layer graphene as asaturable absorber for ultrafast pulsed lasers″，Adv.Funct.Mater.，vol.19(19)，3077-3083，2009)。因此，利用石墨烯材料制作Q开关，具有极大的发展前景。此外，由于石墨烯材料还具备极高的三阶非线性系数高达|χ⁽³⁾|～10^-7esu，比普通石英玻璃光纤大8个数量级，在超薄的石墨烯片中就能容易地产生强的非线性四波混频([3]E.Hendry，P.J.Hale，J.Moger，A.K.Savchenko，and S.A.Mikhailov，“Coherent nonlinear optical response of graphene，”Phys.Rev.Lett.vol.105，pp.97401-97404，2010)。因此，石墨烯材料可同时作为可饱和吸收调Q器和非线性四波混频的多波长稳定器，将其引入带有多波长光滤波器的稀土掺杂光纤谐振腔中即能实现稳定的多波长调Q脉冲激光输出。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于石墨烯的多波长调Q稀土掺杂光纤激光器。

本发明设有多波长稳频被动Q开关、稀土掺杂光纤、多波长光梳状滤波器、泵浦源、波分复用器和输出光耦合器；

所述多波长稳频被动Q开关、稀土掺杂光纤、多波长光梳状滤波器、波分复用器和输出光耦合器依次相串接构成一个闭合的光纤环形反馈谐振腔，泵浦源输出的泵浦光通过波分复用器的泵浦输入端注入光纤环形反馈谐振腔，光耦合器的输出端用于输出腔内震荡产生的多波长调Q脉冲激光。

所述多波长稳频被动Q开关可采用通过将石墨烯材料附着于光纤端面构建的光纤兼容型的多波长稳频被动Q开关。所述通过将石墨烯材料附着于光纤端面的方法可采用光诱导沉积法。