[发明专利]基于石墨烯的混合锁模技术

说明书

技术领域

本发明涉及光学锁模技术，尤其是基于石墨烯的饱和吸收性结合幅度或者相位调制的主动锁模来实现的混合锁模。 

背景技术

目前的锁模技术主要分为主动锁模，被动锁模和混合锁模三类。 

主动锁模是通过外界信号来周期性调制谐振腔参量，实现各腔体纵模之间相位锁定的一种锁模技术。其显著特征是：在激光器腔体中插入调制器件或者由外部注入光脉冲，对腔内光波进行主动调制来实现锁模。主动锁模具体又可分为基于调制器的锁模技术、有理数谐波锁模技术和注入锁模技术。其中基于调制器锁模技术的特点是从腔外加入射频信号到腔内的调制器上，通过此信号对腔内的振荡光波产生周期性的幅度或者相位调制，从而产生锁模脉冲。主动锁模的主要优点就是可以产生高重复频率和频率可调谐的锁模脉冲，且易于同步。光纤腔长和折射率容易受到外界环境的影响而导致的腔内失谐,以及超模竞争和弛豫振荡造成的脉冲抖动产生的不稳定性限制了主动锁模激光器的应用。 

[000４]被动锁模是在激光腔内不使用调制器之类的任何有源器件的情况下实现超短脉冲输出。其基本原理是利用光纤或其他元件中的非线性光学效应对输入脉冲强度的依赖性，实现各纵模相位锁定，进而产生超短光脉冲。目前，用于实现被动锁模的方法主要包括可饱和吸收体、非线性偏振旋转和非线性光纤环形镜锁模技术。其中饱和吸收体锁模是在腔内附着饱和吸收体，当光脉冲通过饱和吸收体时，由于边缘的部分损耗大于中央部分的损耗，使得光脉冲在通过吸收体的过程中被窄化。饱和吸收体被动锁模的主要优点就是重复频率较稳定，锁模脉冲脉宽较窄。但由于被动锁模所产生的锁模脉冲重复频率与激光器腔长成反比，要实现重复频率为GHz量级的被动锁模，需要激光腔短至cm量级，实现较为困难。

混合锁模就是将被动锁模技术产生超短脉冲和主动锁模技术产生高重复频率的特点相结合，以获得窄脉宽，高重复率且稳定的孤子脉冲序列。 

发明内容

本发明提供一种全新的混合锁模技术，它主要利用了石墨烯的饱和吸收性结合幅度或者相位调制的主动锁模来实现混合锁模。石墨烯（graphene）是由单层的碳原子紧密排列成二维的蜂窝状六角格子的一种物质,它有很多独特的光电特性。石墨烯在激光器锁模时具有低吸收强度、超快速的恢复时间、调制深度可调、宽频带的可调性等优点。文献《Wei-Wei Hsiang, Chian-Yu Lin, Ming-Feng Tien, and Yinchieh Lai,Direct generation of a 10 GHz 816 fs pulse train from an erbium-fiber soliton laser with asynchronous phase modulation, OPTICS LETTERS, Vol.30, No.18,Pages:2493-2495,2005》（Wei-Wei Hsiang, Chian-Yu Lin, Ming-Feng Tien, and Yinchieh Lai,铒纤孤子激光器利用异步相位调制产生10吉赫兹826飞秒脉冲序列，光学快报，第30卷，第18期，页码：2493-2495,2005），阐述了利用相位调制和非线性偏转效应结合的混合锁模激光器来产生高重复频率窄脉冲序列，但由于非线性偏转旋转调谐困难，不能支持任意波长，且实际应用中环境影响较大，腔内需要相对较长的光纤，以产生足够大的非线性相移，温度应力变化导致的双折射起伏也会影响锁模过程。本发明正是针对这些缺点，采用了石墨烯这种特性良好的饱和吸收体来窄化脉宽，同时克服了上述的这些缺点，优化了混合锁模的性能。 

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于石墨烯的混合锁模技术，将石墨烯薄膜附着在光纤头上，利用石墨烯的饱和吸收性结合幅度或相位调制的主动锁模来实现混合锁模。石墨烯可窄化主动锁模光纤激光器的脉冲宽度，同时获得高重复频率和窄脉冲输出。将石墨烯贴附于光纤端面或者侧面抛磨光纤的抛光面。石墨烯可以是单层石墨烯、多层石墨烯，也可以是经氧化还原的石墨烯聚合物。实现主动锁模的技术可以是射频调制，也可以是激光注入锁定调制。实现主动锁模的调制器可以是强度调制器，也可以是相位调制器。 

这种混合锁模技术还可适用于固体激光器或者空间激光器。