[发明专利]一种基于石墨烯与M-Z子腔协同作用的环形光纤激光器

说明书

本发明提出一种基于石墨烯与M‑Z子腔协同作用的环形光纤激光器，包括：泵浦源、波分复用器、单模光纤、增益光纤、石墨烯可饱和吸收体和M‑Z子腔，所述单模光纤、增益光纤、M‑Z子腔和石墨烯可饱和吸收体连接形成环形光纤激光腔，所述泵浦源通过所述波分复用器耦合于所述环形光纤激光腔，所述石墨烯可饱和吸收体包括基于单层或少层石墨烯的吸收薄膜和所述吸收薄膜的支撑保护基底，所述吸收薄膜的厚度为0.8‑2微米，激光透光率为80‑95%，其中少层石墨烯的层数为1‑10层，所述M‑Z子腔与所述石墨烯可饱和吸收体协同作用产生重复频率大于10THz、脉冲宽度小于40fs的超高重频、超短脉冲激光输出。比目前已知最高重频提高一个量级，且装置结构简单，成本低廉，具有广阔前景。

技术领域

本发明涉及光纤激光器技术领域，具体涉及一种基于二维材料与M-Z子腔协同作用产生可调超高重频、超短脉冲光纤激光的光纤激光器以及基于所述光纤激光器产生连续可调超高重频、超短脉冲光纤激光的方法。

背景技术

随着光纤激光器及激光技术的高速发展，人们对光纤激光器的性能要求越来越高，为了满足不同领域日益增长的需求，光纤激光器逐渐形成了不同的研究方向，主要分为高功率光纤激光器、多波长光纤激光器、超短脉冲光纤激光器、宽光谱光纤激光器和高重频光纤激光器。目前，我们已经对高功率光纤激光器等有着较为深入的研究并取得了不错的成果，但对于高重频光纤激光器，还有着较大的发展空间。连续的超高频的脉冲序列在很多领域有着不可替代的重要作用，例如它可以用于超高比特率光通信网络，所有光逻辑和信号处理电路以及测试和测量系统，微波光子学和非线性光学，任意光波形生成，时间分辨双光梳光谱、超快异步光学采样、高精度时频计量、天文光梳光谱仪校准、生物成像等领域。更重要的是，对于未来的时钟频率超过电子极限的计算机处理器而言，如何获得越来越高的重复频率变得尤为重要。目前产生高重频激光的方法主要有两种，分别是在光纤激光器中插入法布里珀罗（F-P）子腔和光纤微环子腔。使用F-P子腔产生高重频激光，可以通过调节F-P腔镜之间的距离来调节重频，腔镜之间的距离越近产生的重频越高。但是不断的缩短腔镜之间的距离，光在其间来回振荡时的功率密度也会随之增大，要想获得大功率激光的输出会极易损坏腔镜，因此该方式不可产生功率较高的高重频激光。使用光纤微环子腔来产生高重频激光，微环半径越小获得的重频就越高。但是由于微环制备完成后无法调节半径，所以获得的激光重频无法调节，并且重频越高就要求微环半径越小，制作难度相应的增大。因此现有技术中产生超高重频超短脉冲激光的装置都存在着一定的缺陷，限制了其实用化。

发明内容

本发明基于上述现有技术问题，创新的提出一种基于马赫曾德尔（M-Z）子腔的高重频激光产生装置和方法，首创的提出基于二维材料与M-Z子腔协同作用产生可调超高重频、超短脉冲光纤激光的光纤激光器以及基于所述光纤激光器产生连续可调超高重频、超短脉冲光纤激光的方法。本发明通过协同基于二维材料的石墨烯可饱和吸收体与M-Z子腔来产生高重频激光，使得仅通过调节M-Z子腔两臂之间长度差就可调节产生激光的重频，长度差越小可获得的重频就越高，而且即使功率较高，整个系统也可稳定运行，不会造成器件损坏，并且首次实现了重复频率在10 THz以上的高重复频率与脉冲宽度在40fs以内的超短脉冲激光输出，比目前已知的最高重频提高了一个量级，而且整体装置结构制作简单，成本低廉，具有广泛的推广应用价值。

本发明解决上述技术问题所采取的技术方案如下：

一种基于石墨烯与M-Z子腔协同作用的环形光纤激光器，包括：泵浦源、波分复用器、单模光纤、增益光纤、石墨烯可饱和吸收体和M-Z子腔，所述单模光纤、增益光纤、M-Z子腔和石墨烯可饱和吸收体连接形成环形光纤激光腔，所述泵浦源通过所述波分复用器耦合于所述环形光纤激光腔，所述石墨烯可饱和吸收体包括基于单层或少层石墨烯的吸收薄膜和所述吸收薄膜的支撑保护基底，所述吸收薄膜的厚度为0.8-2微米，激光透光率为80-95%，其中少层石墨烯的层数为1-10层，所述M-Z子腔与所述石墨烯可饱和吸收体协同作用产生重复频率大于10THz、脉冲宽度小于40fs的超高重频、超短脉冲激光输出。