一种基于石墨烯和偏芯结构的波长可开关光纤激光器的制造方法
【专利摘要】一种基于石墨烯和偏芯结构的波长可开关光纤激光器，由泵源、波分复用器、掺铒光纤、毛细管、石墨烯、环行器、布拉格光纤光栅、标准单模光纤偏芯结构、可变光衰减器和光耦合器组成并通过标准单模光纤串联连接构成环路谐振腔，毛细管中装有端面涂覆有石墨烯溶液的标准单模光纤，环行器的输出端e依次与布拉格光纤光栅和标准单模光纤偏芯结构串联连接，光耦合器的输出端j为光纤激光器的输出端。本发明的优点是：将石墨烯接入环路谐振腔中，可有效抑制掺铒光纤产生的模式竞争效应，并配合标准单模光纤偏芯结构和布拉格光栅作为梳状滤波器以及可变光衰减器的调谐实现单双波长可开关的稳定输出；该光纤激光器结构简单、成本低，技术经济效果显著。
【专利说明】—种基于石墨烯和偏芯结构的波长可开关光纤激光器
【技术领域】
[0001]本发明属于高速光纤通信和激光【技术领域】，特别是一种基于石墨烯和偏芯结构的波长可开关光纤激光器。
【背景技术】
[0002]激光器是当前高速光纤通信系统领域研究的热点。光纤激光器的开发研制正向多功能化、实用化方向发展。由于激光器中较强的模式竞争效应，很难在室温下得到稳定的激光输出。目前已经有很多方法来克服这一难题:比如将掺铒光纤放入液态氮中冷却，利用高非线性光纤的四波混频效应，增强偏振烧孔效应等。相对于传统的激光器，新型物质石墨烯以其独有的光学特性，可以作为非线性介质放入环路谐振腔中抑制铒纤的模式竞争，实现激光的稳定输出，具有工艺简单成本低廉的特点。
[0003]波长可开关的光纤激光器在诸多方面有着广泛的应用。例如波分复用系统、光纤通信系统、光纤传感系统、光信号的运算和光学器件的测量，特别是应用在目前高速WDM网络波长路由的光源。实现波长可开关光纤激光器的手段有很多，目前主要有:级联的光纤布拉格光栅、多段双折射Sagnac光纤环镜、刻有布拉格的高非线性光纤、刻有布拉格的多模光纤等。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是实现一种低成本、高稳定性的波长可开关光纤激光器。
[0005]本发明的技术方案:
一种基于石墨烯和偏芯结构的波长可开关光纤激光器，由980nm/1480nm泵源、波分复用器、掺铒光纤、毛细管、石墨烯、环行器、布拉格光纤光栅、标准单模光纤偏芯结构、可变光衰减器和10:90光耦合器组成并通过标准单模光纤串联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；毛细管的长度为3cm、直径为126 μ m,毛细管中装有一段端面涂覆有石墨烯溶液的标准单模光纤，该标准单模光纤直径与毛细管直径匹配；环行器的三个端口分别为输入端d和输出端e、输出端f，其中输入端d与插入毛细管的标准单模光纤连接,输出端e依次与布拉格光纤光栅和标准单模光纤偏芯结构通过标准单模光纤串联连接，输出端f与可变光衰减器连接；光|禹合器的四个端口分别为输入端g、输入端h、输出端i和输出端j，其中输入端g与可变光衰减器的输出端连接，输入端h与标准单模光纤偏芯结构的输出端连接，输出端i与波分复用器的输入端c连接,输出端j为整个光纤激光器的输出端。
[0006]所述标准单模光纤偏芯结构的制备方法，步骤如下:
1)将一段标准单模光纤与中间段标准单模光纤进行偏芯熔接，放电量200bit，偏芯量小于9 μ m并通过控制熔接机的步进电机来控制偏芯距离；
2)截取中间段标准单模光纤长度为3-5cm；
3)将第三段标准单模光纤与截取之后的中间段标准单模光纤进行再次偏芯熔接，放电量200 bit，偏芯量小于9 μ m并通过控制熔接机的步进电机来控制偏芯距离，即可制得标准单模光纤偏芯结构。
[0007]本发明的工作机理:
石墨烯是一种新型物质材料，具有独特的非线性光学特性，制作工艺简单；相比与其他非线性介质如光子晶体光纤、色散位移光纤等成本较低；应用于光纤激光器中其独特的性质能够大大降低腔内损耗。因此，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。在实现激光稳定输出的基础上，环路谐振腔中由标准单模光纤构成的偏芯结构，根据干涉原理，可作为一种梳状滤波器可以实现激光的产生。将偏芯结构的第一段标准单模光纤与布拉格光栅级联，对于标准单模光纤偏芯结构形成的梳状谱，会由于布拉格光栅的影响产生一个透射峰，从而能够实现单波长的输出。将可变光衰减器接入到环路谐振腔内，起初设置衰减为零，由于偏芯结构插入损耗的存在，只能在光栅的中心波长位
置為观测到单激光的产生；调节可变衰减器，当损耗大于偏芯结构产生的插入损耗时，只能在偏芯结构的通带内观测到单激光弋；此外，当可变衰减器产生的损耗与偏芯结构的插入损耗相等时，可以同时在Λ和.处观测到双波长激光的输出。因此通过改变可变光衰减
器控制腔内损耗，可实现单双波长的可开关。
[0008]本发明的优点和有益效果是:
将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，并配合标准单模光纤偏芯结构作为梳状滤波器产生单波长激光，布拉格光栅的引入同样能够实现单波长的输出，并通过可变光衰减器对腔内损耗的调节实现单双波长可开关的稳定输出；该光纤激光器结构简单、成本低易于实施，技术经济效果显著，适于推广应用。
【专利附图】
【附图说明】
[0009]图1为该波长可开关光纤激光器结构示意图。
[0010]图2为标准单模光纤偏芯结构放大示意图。
[0011]图中:1.980nm/1480nm泵源 2.波分复用器 3.掺铒光纤 4.毛细管 5.石墨烯 6.环行器 7.布拉格光纤光栅 8.标准单模光纤偏芯结构9.可变光衰减器
10.10:90光稱合器11.标准单模光纤。
[0012]图3为标准单模光纤偏芯结构与布拉格光纤光栅级联的传输函数仿真图。
【具体实施方式】
[0013]下面结合附图对本发明作进一步的具体说明:
实施例:
一种基于石墨烯和偏芯结构的波长可开关光纤激光器，如图1所不，由980nm/1480nm泵源1、波分复用器2、掺铒光纤3、毛细管4、石墨烯5、环行器6、布拉格光纤光栅7、标准单模光纤偏芯结构8、可变光衰减器9和10:90光耦合器10组成并通过标准单模光纤串联连接构成环路谐振腔，波分复用器2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I连接；毛细管4的长度为3cm、直径为126 μ m,毛细管4中装有一段端面涂覆有石墨烯5溶液的标准单模光纤，该标准单模光纤直径与毛细管4直径匹配；环行器6的三个端口分别为输入端d和输出端e、输出端f,其中输入端d与插入毛细管4的标准单模光纤连接，输出端e依次与布拉格光纤光栅7和标准单模光纤偏芯结构8通过标准单模光纤串联连接，输出端f与可变光衰减器9连接；光耦合器10的四个端口分别为输入端g、输入端h、输出端i和输出端j，其中输入端g与可变光衰减器9的输出端连接,输入端h与标准单模光纤偏芯结构8的输出端连接，输出端i与波分复用器2的输入端c连接，输出端j为整个光纤激光器的输出端。
[0014]所述标准单模光纤偏芯结构的制备方法，步骤如下:
1)将一段标准单模光纤与中间段标准单模光纤进行偏芯熔接，放电量200bit，偏芯量小于9 μ m并通过控制熔接机的步进电机来控制偏芯距离；
2)截取中间段标准单模光纤长度为3-5cm；
3)将第三段标准单模光纤与截取之后的中间段标准单模光纤进行再次偏芯熔接，放电量200 bit，偏芯量小于9 μ m并通过控制熔接机的步进电机来控制偏芯距离，即可制得标准单模光纤偏芯结构，如图2所示。
[0015]图3为标准单模光纤偏芯结构与布拉格光纤光栅级联的传输函数仿真图，图中表明:标准单模光纤偏芯结构的透射谱成有着周期性的通带，与布拉格光栅级联后，通带出现一个光栅形成的透射谷。同时由于布拉格的反射作用，在通过环形器的另一环路形谐振腔会出现一个反射峰与透射谷相抵消，因此标准单模光纤偏芯结构形成的滤波器在掺铒光纤的最大增益处会出现一个单波长激光。
[0016]该实施例的工作分析:泵浦光经波分复用器2的端口 b输入掺铒光纤3得到了增益，在通过布拉格光栅7以及标准单模光纤偏芯结构8和经过可变光衰减器9的调节之后，可以实现单波长、双波长激光的输出以及波长之间的转换。光通过涂覆有石墨烯5的标准单模光纤后，起到了一定的稳频作用，有利用双波长的稳定。这些光经过10:90耦合器10的输出端i回到波分复用器2，经过输出端j输出激光。布拉格光栅7的引入产生单波长激光的输出，标准单模光纤11熔接成的标准单模光纤偏芯结构起到一定的梳状滤波效果，能够实现单波长的输出，可变光衰减器的配合使用，实现了波长可开关激光的输出。
【权利要求】
1.一种基于石墨烯和偏芯结构的波长可开关光纤激光器，其特征在于:由980nm/1480nm泵源、波分复用器、掺铒光纤、毛细管、石墨烯、环行器、布拉格光纤光栅、标准单模光纤偏芯结构、可变光衰减器和10:90光耦合器组成并通过标准单模光纤串联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；毛细管的长度为3cm、直径为126 μ m,毛细管中装有一段端面涂覆有石墨烯溶液的标准单模光纤，该标准单模光纤直径与毛细管直径匹配；环行器的三个端口分别为输入端d和输出端e、输出端f，其中输入端d与插入毛细管的标准单模光纤连接，输出端e依次与布拉格光纤光栅和标准单模光纤偏芯结构通过标准单模光纤串联连接，输出端f与可变光衰减器连接；光耦合器的四个端口分别为输入端g、输入端h、输出端i和输出端j，其中输入端g与可变光衰减器的输出端连接，输入端h与标准单模光纤偏芯结构的输出端连接，输出端i与波分复用器的输入端c连接，输出端j为整个光纤激光器的输出端。
2.根据权利要求1所述基于石墨烯和偏芯结构的波长可开关光纤激光器，其特征在于:所述标准单模光纤偏芯结构的制备方法，步骤如下: 1)将一段标准单模光纤与中间段标准单模光纤进行偏芯熔接，放电量200bit，偏芯量小于9 μ m并通过控制熔接机的步进电机来控制偏芯距离； 2)截取中间段标准单模光纤长度为3-5cm； 3)将第三段标准单模光纤与截取之后的中间段标准单模光纤进行再次偏芯熔接，放电量200 bit，偏芯量小于9 μ m并通过控制熔接机的步进电机来控制偏芯距离，即可制得标准单模光纤偏芯结构。
【文档编号】H01S3/08GK103956640SQ201410212880
【公开日】2014年7月30日 申请日期:2014年5月20日 优先权日:2014年5月20日
【发明者】童峥嵘, 郝霞, 曹晔, 张卫华 申请人:天津理工大学