[发明专利]一种基于氧化石墨烯的窄线宽多波长掺铒光纤激光器

说明书

技术领域

 本发明属于高速光纤通信和激光技术领域特别是一种基于氧化石墨烯的窄线宽多波长掺铒光纤激光器。

背景技术

多波长光纤激光器是当前波分复用高速通信系统领域研究的热点。目前，在波分复用网络中，一般采用半导体分布反馈激光器作为光源。然而，每一个波分复用支路需要一个稳定的分布反馈激光器光源，这导致了系统的复杂性，增加了系统的成本，而且无法满足稳定性的要求。在小规模的波分复用网络中（一般小于10个支路），减小光源的成本和复杂性显得尤为重要。因此，多波长激光器增加了波分复用技术的经济效益。多波长工作的掺铒光纤激光器在未来可以代替密集波分复用（DWDM）光纤通信系统中单个半导体激光器，近年来成为了研究热点。多波长激光器可以同时为多个信道提供所需光源，使光发射端的设计更为紧凑、经济，因而在密集波分复用系统中有很重要的用途。随着对光纤激光器研究的不断深入，其应用的范围不断扩展，实用化的步伐不断加快。

多波长掺铒光纤激光器以结构紧凑、成本低、与光通信网络兼容、能够在室温下稳定工作等优势而成为研究热点。

实现多波长掺铒光纤激光器的技术手段有很多种，但大多输出波长数目有限，且难以维持稳定性。在传统的激光器中，通常使用特种光纤或者几千米甚至几十千米的单模光纤进行稳频，抑制激光器中的模式竞争效应，特种光纤价格较贵，而单模光纤的损耗较大。2010年，氧化石墨烯被证明具有光学非线性效应。因此氧化石墨烯可以作为非线性介质应用于光纤激光器中抑制铒纤的模式竞争效应达到稳频的效果。本发明使用新型材料氧化石墨烯代替传统的器件，同时利用其非线性和可饱和吸收特性，能有效的抑制掺铒光纤带来的模式竞争效应并压窄线宽，产生稳定的窄线宽激光，具有工艺简单，成本低廉，容易实现等特点。

发明内容

本发明的目的是针对上述存在问题，提供一种低成本、高稳定性的基于氧化石墨烯的窄线宽多波长掺铒光纤激光器。

本发明的技术方案：

一种基于氧化石墨烯的窄线宽多波长掺铒光纤激光器，由波分复用器、掺铒光纤、偏振控制器a、偏振相关隔离器、偏振控制器b、保偏光纤、毛细管、氧化石墨烯和10：90光耦合器组成并通过单模光纤连接构成环路谐振腔，波分复用器的三个端口分别为输入端a、输出端b和输入端c，其中输入端a与980nm/1480nm泵源连接；毛细管中装有一段端面涂覆有氧化石墨烯溶液的单模光纤，该单模光纤直径与毛细管直径匹配；光耦合器的三个端口分别为输入端d、输出端e和输出端f，其中输出端f为整个激光器的输出端。

所述保偏光纤的长度为5-10m。

所述毛细管的长度为3cm、直径为126μm。

所述装有单模光纤的毛细管的制备方法，步骤如下：

1）选取直径为125μm的标准单模光纤，剥去光纤的涂覆层，将光纤端面切割平整，然后浸入浓度为2mg/ml的氧化石墨烯溶液中静置30分钟后取出，室温下晾干；

2）重复上述步骤4-6次，经多次提拉至达到镀膜厚度为18-22μm；

3）将末端镀有氧化石墨烯的单模光纤插入直径为126μm的毛细管中，与另一段同直径的单模光纤对接并进行封装固定即可。

本发明的工作机理：

氧化石墨烯具有独特的非线性光学特性, 比石墨烯更加容易获得，制作工艺简单；相比与其他非线性介质如光子晶体光纤、色散位移光纤等花费成本较低；对于常用的较长标准单模光纤作为非线性介质，能够大大降低腔内损耗。因此，氧化石墨烯是一种能够抑制掺铒光纤的模式竞争产生稳定激光输出的新型介质。氧化石墨烯具有很强的光吸收特性，同样可以作为可饱和吸收体。在实现激光稳定输出的基础上，利用其较强的光吸收特性可以起到一定的窄化线宽的作用，可应用于光纤通信领域。环路谐振腔中由偏振控制器a、偏振相关隔离器、偏振控制器b和保偏光纤组成Lyot滤波器，利用非线性偏振旋转效应，Lyot滤波器作为一种梳状滤波器可以实现多波长的产生，其中保偏光纤的长度选择为5-10m范围，用于增加系统的非线性偏振旋转效应，并根据其参数特性，得到的波长间隔理论值为0.4-0.8nm，符合国际电信联盟(ITU)对密集波分复用系统中光通道的波长间隔建议标准，具有一定的应用价值。

本发明的优点和有益效果是：通过将氧化石墨烯溶液经过多次提拉涂覆的方法镀到单模光纤的端面上，并利用毛细管作为平台实现光纤对接，将氧化石墨烯作为一种新型非线性介质接入到环路谐振腔中，可有效抑制掺铒光纤产生的模式竞争效应，并配合Lyot结构作为梳状滤波器产生多波长的稳定输出；该激光器结构简单，成本低，技术经济效果显著，适于推广应用。