本發(fā)明屬于激光器領(lǐng)域，具體涉及一種光控超高頻被動(dòng)鎖模光纖激光器。

背景技術(shù)：

頻率可調(diào)的超高頻光纖激光器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、散熱性好、效率高等優(yōu)點(diǎn)，在密集波分復(fù)用、光纖傳感復(fù)用、太赫茲源、激光雷達(dá)微波源等領(lǐng)域有重要的應(yīng)用?，F(xiàn)有的頻率調(diào)諧手段主要分為以下幾種方式：通過(guò)機(jī)械裝置手動(dòng)或者利用機(jī)械步進(jìn)系統(tǒng)調(diào)諧激光腔中的濾波器件以達(dá)到對(duì)輸出的鎖模脈沖的頻率進(jìn)行調(diào)諧；通過(guò)電場(chǎng)控制可飽和吸收體調(diào)制深度對(duì)頻率進(jìn)行調(diào)諧。機(jī)械諧方式由于機(jī)械步進(jìn)系統(tǒng)精度較低，機(jī)械裝置復(fù)雜的限制，導(dǎo)致調(diào)制精度與調(diào)制重復(fù)性不高，響應(yīng)時(shí)間較長(zhǎng)。電場(chǎng)調(diào)制可飽和吸收體時(shí)放出焦耳熱使得可飽和吸收體的熱損傷閾值大幅降低，調(diào)制電壓只能控制在小范圍中，并且電場(chǎng)調(diào)諧受驅(qū)動(dòng)電路響應(yīng)影響，其調(diào)諧的光學(xué)調(diào)制器件工作帶寬被限制。由此可見(jiàn)，目前的頻率調(diào)諧精度較低、穩(wěn)定性較差、范圍較窄且響應(yīng)時(shí)間較長(zhǎng)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提出一種光控超高頻被動(dòng)鎖模光纖激光器，以解決目前頻率調(diào)諧方式存在的調(diào)諧精度較低、穩(wěn)定性較差、范圍較窄以及響應(yīng)時(shí)間較長(zhǎng)的問(wèn)題。

根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的第一方面，提供一種光控超高頻被動(dòng)鎖模光纖激光器，包括第一激光器、第二激光器、波分復(fù)用器、第一耦合器和可飽和吸收體，其中所述第一激光器的輸出端連接所述波分復(fù)用器的第一輸入端，所述波分復(fù)用器的輸出端連接所述第一耦合器的輸入端，所述第一耦合器的第一輸出端通過(guò)所述可飽和吸收體連接所述波分復(fù)用器的第二輸入端，所述可飽和吸收體通過(guò)在倏逝場(chǎng)光纖上包裹石墨烯薄膜制成；

所述第一激光器輸出的激光依次通過(guò)所述波分復(fù)用器、第一耦合器傳輸給所述可飽和吸收體，所述第二激光器沿著與所述第一激光器輸出激光傳輸方向相反的方向，將激光提供給所述可飽和吸收體，通過(guò)對(duì)所述第一激光器和/或第二激光器輸出激光的頻率進(jìn)行調(diào)整，對(duì)所述第一耦合器的第二輸出端輸出的激光信號(hào)的頻率進(jìn)行調(diào)整。

在一種可選的實(shí)現(xiàn)方式中，所述第一耦合器的第二輸出端輸出的激光信號(hào)的頻率為所述第一激光器和第二激光器輸出激光頻率的線(xiàn)性疊加。

在另一種可選的實(shí)現(xiàn)方式中，所述第一激光器和/或第二激光器輸出激光的頻率越大，所述第一耦合器的第二輸出端輸出的激光信號(hào)的頻率越大。

在另一種可選的實(shí)現(xiàn)方式中，還包括第一隔離器和第二耦合器，所述第一隔離器設(shè)置在所述第一耦合器的第一輸出端與所述可飽和吸收體之間，所述第二激光器通過(guò)所述第二耦合器將其輸出的激光提供給所述可飽和吸收體。

在另一種可選的實(shí)現(xiàn)方式中，還包括環(huán)形器和布拉格光柵，所述第一耦合器的第一輸出端連接所述環(huán)形器的第一端，所述環(huán)形器的第二端依次通過(guò)所述可飽和吸收體、布拉格光柵與所述第二激光器的輸出端連接，第三端連接所述波分復(fù)用器的第二輸入端。

在另一種可選的實(shí)現(xiàn)方式中，還包括設(shè)置在所述波分復(fù)用器的輸出端與所述第一耦合器的輸入端之間的第二隔離器。

在另一種可選的實(shí)現(xiàn)方式中，還包括設(shè)置在所述波分復(fù)用器的輸出端與所述第一耦合器的輸入端之間的摻雜增益光纖。

在另一種可選的實(shí)現(xiàn)方式中，還包括設(shè)置在所述波分復(fù)用器的輸出端與所述第一耦合器的輸入端之間的偏振控制器。

在另一種可選的實(shí)現(xiàn)方式中，所述倏逝場(chǎng)光纖包括存在光溢出的拉錐光纖或者包層經(jīng)處理后的單模光纖。

在另一種可選的實(shí)現(xiàn)方式中，所述包層經(jīng)處理后的單模光纖的制作過(guò)程為：對(duì)單模光纖的包層進(jìn)行腐蝕并將腐蝕后的單模光纖的側(cè)邊制成d型，并使d型平面距離纖芯預(yù)設(shè)值。

本發(fā)明的有益效果是：

1、本發(fā)明通過(guò)采用包裹有石墨烯的倏逝場(chǎng)光纖制成可飽和吸收體，利用光控石墨烯導(dǎo)致倏逝場(chǎng)光纖的飽和吸收發(fā)生改變這一特性，對(duì)提供給可飽和吸收體的激光的頻率大小進(jìn)行調(diào)整，可以實(shí)現(xiàn)頻率可調(diào)激光的輸出，采用這種頻率可調(diào)方式可以提高調(diào)諧精度和穩(wěn)定性，擴(kuò)大調(diào)諧范圍并縮短響應(yīng)時(shí)間；

2、本發(fā)明通過(guò)設(shè)置摻雜增益光纖，對(duì)波分復(fù)用器輸出的激光進(jìn)行增益放大，設(shè)置偏振控制器可以激光進(jìn)行偏振控制，設(shè)置隔離器對(duì)激光傳輸進(jìn)行隔離，可以進(jìn)一步保證輸出激光的穩(wěn)定性；

3、本發(fā)明通過(guò)首先對(duì)單模光纖進(jìn)行包層腐蝕，然后將腐蝕后的單模光纖側(cè)邊制成d型，可以使更多的光信號(hào)溢出，使得光信號(hào)與場(chǎng)控信號(hào)相互作用效果更加明顯，同時(shí)也不會(huì)因?yàn)橄嗷プ饔眠^(guò)于明顯而導(dǎo)致波長(zhǎng)間隔調(diào)節(jié)精度過(guò)低，即可以在保證波長(zhǎng)間隔調(diào)節(jié)速率的同時(shí)保證波長(zhǎng)間隔的調(diào)節(jié)精度。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明光控超高頻被動(dòng)鎖模光纖激光器的一個(gè)實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本發(fā)明可飽和吸收體的一個(gè)實(shí)施例剖面示意圖；

圖3是本發(fā)明光控超高頻被動(dòng)鎖模光纖激光器的另一個(gè)實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是本發(fā)明光控超高頻被動(dòng)鎖模光纖激光器的又一個(gè)實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

為了使本技術(shù)領(lǐng)域的人員更好地理解本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案，并使本發(fā)明實(shí)施例的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中技術(shù)方案作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。

在本發(fā)明的描述中，除非另有規(guī)定和限定，需要說(shuō)明的是，術(shù)語(yǔ)“連接”應(yīng)做廣義理解，例如，可以是機(jī)械連接或電連接，也可以是兩個(gè)元件內(nèi)部的連通，可以是直接相連，也可以通過(guò)中間媒介間接相連，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以根據(jù)具體情況理解上述術(shù)語(yǔ)的具體含義。

參見(jiàn)圖1，為本發(fā)明光控超高頻被動(dòng)鎖模光纖激光器的一個(gè)實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖。該光控超高頻被動(dòng)鎖模光纖激光器可以包括第一激光器5、第二激光器3、波分復(fù)用器6、第一耦合器9和可飽和吸收體1，其中所述第一激光器5的輸出端連接所述波分復(fù)用器6的第一輸入端，所述波分復(fù)用器6的輸出端連接所述第一耦合器9的輸入端，所述第一耦合器9的第一輸出端通過(guò)所述可飽和吸收體1連接所述波分復(fù)用器6的第二輸入端，所述可飽和吸收體1通過(guò)在倏逝場(chǎng)光纖1-1上包裹石墨烯薄膜1-2制成，如圖2所示。其中，所述第一激光器5輸出的激光依次通過(guò)所述波分復(fù)用器6、第一耦合器9傳輸給所述可飽和吸收體1，所述第二激光器3沿著與所述第一激光器5輸出激光傳輸方向相反的方向，將激光提供給所述可飽和吸收體1，通過(guò)對(duì)所述第一激光器5和/或第二激光器3輸出的激光的頻率進(jìn)行調(diào)整，對(duì)所述第一耦合器9的第二輸出端輸出的激光信號(hào)的頻率進(jìn)行調(diào)整。

本實(shí)施例中，倏逝場(chǎng)光纖可以包括存在光溢出的拉錐光纖或者包層經(jīng)處理后的單模光纖。其中，包層經(jīng)處理后的單模光纖的制作過(guò)程為：對(duì)單模光纖的包層進(jìn)行腐蝕并將腐蝕后的單模光纖的側(cè)邊制成d型，并使d型平面距離纖芯預(yù)設(shè)值，其中將單模光纖的外包層直徑腐蝕至12到18微米，并且所述預(yù)設(shè)值為6至9微米范圍內(nèi)的任意一個(gè)值。本發(fā)明通過(guò)首先對(duì)單模光纖進(jìn)行包層腐蝕，然后將腐蝕后的單模光纖側(cè)邊制成d型，可以使更多的光信號(hào)溢出，使得光信號(hào)與場(chǎng)控信號(hào)相互作用效果更加明顯，同時(shí)也不會(huì)因?yàn)橄嗷プ饔眠^(guò)于明顯而導(dǎo)致波長(zhǎng)間隔調(diào)節(jié)精度過(guò)低，即可以在保證波長(zhǎng)間隔調(diào)節(jié)速率的同時(shí)保證波長(zhǎng)間隔的調(diào)節(jié)精度。此外，拉錐光纖可以對(duì)單模光纖進(jìn)行拉錐制成。需要注意的是：本實(shí)施例中可飽和吸收體可以采用石墨烯、碳納米管、量子點(diǎn)或拓?fù)浣^緣體，第一激光器可以為980nm泵浦激光器，所述第一耦合器的第一輸出端和第二輸出端的分光比為9:1，可飽和吸收體中石墨烯所包裹的倏逝場(chǎng)單模光纖的長(zhǎng)度為3到6毫米。

本發(fā)明的工作原理是：當(dāng)激光被傳輸至可飽和吸收體1時(shí)，從倏逝場(chǎng)光纖的纖芯溢出的光信號(hào)會(huì)與包裹在倏逝場(chǎng)光纖上的石墨烯薄膜相互作用。由于石墨烯具有零帶隙結(jié)構(gòu)，因此石墨烯價(jià)帶中的電子很容易吸收泵浦光子躍遷到導(dǎo)帶上，而滿(mǎn)足狄拉克分布，這一過(guò)程將導(dǎo)致石墨烯能帶結(jié)構(gòu)的電子分布發(fā)生變化。當(dāng)改變傳輸給可飽和吸收體1的激光強(qiáng)度時(shí)，石墨烯能帶電子的分布也將不一樣。由此，當(dāng)激光被傳輸給倏逝場(chǎng)光纖時(shí)，倏逝場(chǎng)光纖溢出的光信號(hào)與包裹在其上的石墨烯薄膜相互作用，基于泡利不相容原理會(huì)導(dǎo)致其他光的吸收減弱，從而導(dǎo)致倏逝場(chǎng)光纖的飽和吸收性發(fā)生改變。

第一激光器5通過(guò)波分復(fù)用器將其輸出的激光傳輸至第一耦合器9后，小部分激光從第一耦合器9的第二輸出端傳輸出去，大部分激光被傳輸給可飽和吸收體1，進(jìn)而傳輸回波分復(fù)用器進(jìn)行循環(huán)傳輸，在循環(huán)傳輸過(guò)程中可飽和吸收體1基于泡利不相容原理導(dǎo)致其他光的吸收減弱。同樣地，第二激光器3在向可飽和吸收體1提供激光后，可飽和吸收體1基于泡利不想容原理也將導(dǎo)致其他光的吸收減弱，最終使可飽和吸收體1吸收的激光頻率與第一激光器5和第二激光器3輸出的激光頻率有關(guān)。經(jīng)申請(qǐng)人研究發(fā)現(xiàn)，所述第一耦合器9的第二輸出端輸出激光信號(hào)的頻率為所述第一激光器5和第二激光器3輸出激光頻率的線(xiàn)性疊加，第一激光器和/或第二激光器輸出激光的頻率越大，第一耦合器的第二輸出端輸出的激光信號(hào)的頻率越大。由此，本發(fā)明通過(guò)對(duì)第一激光器和/或第二激光器輸出的激光頻率進(jìn)行調(diào)整，可以對(duì)可飽和吸收體的飽和頻率進(jìn)行光控調(diào)節(jié)，從而實(shí)現(xiàn)輸出激光頻率的調(diào)節(jié)，其中輸出激光的頻率與第一激光器和第二激光器輸出激光的頻率呈線(xiàn)性關(guān)系。

由于在光傳輸速率非常快，從第一激光器5輸出激光到耦合器9的第二端穩(wěn)定輸出激光所花費(fèi)的時(shí)間非常短，因此本發(fā)明中的調(diào)諧響應(yīng)時(shí)間較短，并且可飽和吸收體的調(diào)節(jié)是光控調(diào)節(jié)，與電場(chǎng)調(diào)諧不同，其不受其驅(qū)動(dòng)電路的影響，因此調(diào)諧精度較高、調(diào)諧范圍較寬。另外，本發(fā)明輸出的激光頻率只與可飽和吸收體自身的性能以及提供給可飽和吸收體的激光頻率有關(guān)，而兩者一旦確定受外界影響較小，因而穩(wěn)定性更好。

由上述實(shí)施例可見(jiàn)，本發(fā)明通過(guò)采用包裹有石墨烯的倏逝場(chǎng)光纖制成可飽和吸收體，并利用光控石墨烯導(dǎo)致倏逝場(chǎng)光纖的飽和吸收發(fā)生改變這一特性，對(duì)提供給可飽和吸收體的激光的頻率大小進(jìn)行調(diào)整，可以實(shí)現(xiàn)頻率可調(diào)激光的輸出，采用這種頻率可調(diào)方式可以提高調(diào)諧精度和穩(wěn)定性，擴(kuò)大調(diào)諧范圍并縮短響應(yīng)時(shí)間。

參見(jiàn)圖3，為本發(fā)明光控超高頻被動(dòng)鎖模光纖激光器的另一個(gè)實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖。圖3與圖1所示光控超高頻被動(dòng)鎖模光纖激光器的區(qū)別在于，還包括第一隔離器2和第二耦合器10，所述第一隔離器2設(shè)置在所述第一耦合器9的第一輸出端與所述可飽和吸收體1之間，第二激光器3通過(guò)所述第二耦合器10將其輸出的激光提供給所述可飽和吸收體2。本實(shí)施例中，本發(fā)明通過(guò)設(shè)置第一隔離器，可以在第一激光器和第二激光器輸出的激光傳輸給可飽和吸收體后，保證所有激光都會(huì)傳輸回波分復(fù)用器；通過(guò)設(shè)置第二耦合器，可以將第二激光器輸出的激光提供給可飽和吸收體。

另外，圖3與圖1所示光控超高頻被動(dòng)鎖模光纖激光器的區(qū)別還在于，包括設(shè)置在所述波分復(fù)用器6的輸出端與所述第一耦合器9的輸入端之間的摻雜增益光纖7和偏振控制器8。本實(shí)施例中，本發(fā)明通過(guò)設(shè)置摻雜增益光纖，可以對(duì)從波分復(fù)用器輸出的激光進(jìn)行增益放大，通過(guò)設(shè)置偏振控制器可以對(duì)激光進(jìn)行偏振控制，從而可以進(jìn)一步保證輸出激光的穩(wěn)定性。

由上述實(shí)施例可見(jiàn)，本發(fā)明通過(guò)采用包裹有石墨烯的倏逝場(chǎng)光纖制成可飽和吸收體，并利用光控石墨烯導(dǎo)致倏逝場(chǎng)光纖的飽和吸收發(fā)生改變這一特性，對(duì)提供給可飽和吸收體的激光的頻率大小進(jìn)行調(diào)整，可以實(shí)現(xiàn)頻率可調(diào)激光的輸出，采用這種頻率可調(diào)方式可以提高調(diào)諧精度和穩(wěn)定性，擴(kuò)大調(diào)諧范圍并縮短響應(yīng)時(shí)間。

參見(jiàn)圖4，為本發(fā)明光控超高頻被動(dòng)鎖模光纖激光器的又一個(gè)實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖。圖4與圖1所示光控超高頻被動(dòng)鎖模光纖激光器的區(qū)別在于，還包括環(huán)形器12和布拉格光柵4，所述第一耦合器9的第一輸出端連接所述環(huán)形器12的第一端，所述環(huán)形器12的第二端依次通過(guò)所述可飽和吸收體1、布拉格光柵4與所述第二激光器3的輸出端連接，第三端連接所述波分復(fù)用器6的第二輸入端。本實(shí)施例中，第一激光器5輸出的激光經(jīng)由第一耦合器9傳輸給環(huán)形器12后，環(huán)形器12將激光傳輸給可飽和吸收體1，第二激光器3輸出的激光通過(guò)布拉格光柵4傳輸給可飽和吸收體1?？娠柡臀阵w1在第一激光器5和第二激光器3提供的激光的作用下，其飽和吸收特性發(fā)生改變。其中，布拉格光柵4自身的特性決定第二激光器3提供的激光可以透射傳輸給可飽和吸收體1，但第一激光器5提供的激光傳輸至可飽和吸收體1后，不會(huì)從布拉格光柵4透射傳輸出去，而是被布拉格光柵4反射傳輸回可飽和吸收體1。由此，本發(fā)明通過(guò)設(shè)置布拉格光柵，可以保證第一激光器和第二激光器輸出的激光在傳輸給可飽和吸收體后，保證所有激光都會(huì)傳輸回波分復(fù)用器。

另外，圖4與圖1所示光控超高頻被動(dòng)鎖模光纖激光器的區(qū)別還在于，包括設(shè)置在所述波分復(fù)用器6的輸出端與所述第一耦合器9的輸入端之間的摻雜增益光纖7、偏振控制器8和第二隔離器11。本實(shí)施例中，本發(fā)明通過(guò)設(shè)置摻雜增益光纖，可以對(duì)波分復(fù)用器輸出的激光進(jìn)行增益放大，通過(guò)設(shè)置偏振控制器可以對(duì)激光進(jìn)行偏振控制，從而可以進(jìn)一步保證輸出激光的穩(wěn)定性，通過(guò)設(shè)置第二隔離器，可以對(duì)第一激光器輸出的激光進(jìn)行隔離。

由上述實(shí)施例可見(jiàn)，本發(fā)明通過(guò)采用包裹有石墨烯的倏逝場(chǎng)光纖制成可飽和吸收體，并利用光控石墨烯導(dǎo)致倏逝場(chǎng)光纖的飽和吸收發(fā)生改變這一特性，對(duì)提供給可飽和吸收體的激光的頻率大小進(jìn)行調(diào)整，可以實(shí)現(xiàn)頻率可調(diào)激光的輸出，采用這種頻率可調(diào)方式可以提高調(diào)諧精度和穩(wěn)定性，擴(kuò)大調(diào)諧范圍并縮短響應(yīng)時(shí)間。

本領(lǐng)域技術(shù)人員在考慮說(shuō)明書(shū)及實(shí)踐這里公開(kāi)的發(fā)明后，將容易想到本發(fā)明的其它實(shí)施方案。本申請(qǐng)旨在涵蓋本發(fā)明的任何變型、用途或者適應(yīng)性變化，這些變型、用途或者適應(yīng)性變化遵循本發(fā)明的一般性原理并包括本發(fā)明未公開(kāi)的本技術(shù)領(lǐng)域中的公知常識(shí)或慣用技術(shù)手段。說(shuō)明書(shū)和實(shí)施例僅被視為示例性的，本發(fā)明的真正范圍和精神由下面的權(quán)利要求指出。

應(yīng)當(dāng)理解的是，本發(fā)明并不局限于上面已經(jīng)描述并在附圖中示出的精確結(jié)構(gòu)，并且可以在不脫離其范圍進(jìn)行各種修改和改變。本發(fā)明的范圍僅由所附的權(quán)利要求來(lái)限制。