技术领域
[0001] 本
发明涉及激光技术领域，具体而言，是一种基于光纤
光子器件与
滤波器模
块的高重频脉冲光纤激光器。
背景技术
[0002] 高重频脉冲光纤激光器因其在非线性光学、光频梳、光通信等光学领域的重要应用而备受关注。主动
锁模激光器和被动锁模激光器都能够获得高重频脉冲，但由于主动锁模激光器需要采用
调制器，结构复杂且受限于
电子带宽，因此许多能够产生高重频脉冲的方法都是基于被动锁模激光器。而在被动锁模激光器中，产生高重频脉冲的方法可以归为三类：第一类，通过缩短腔长来提高脉冲重复率，即短腔法；第二类，通过谐波锁模产生高重频脉冲；第三类，利用四波混频产生高重频脉冲。通常，短腔法和谐波锁模只能够获得数十GHz的高重频脉冲。对于百GHz级别的高重频脉冲的获得，目前采用的是滤波诱导的四波混频方法，在先技术之一，利用
硅基微环
谐振器接入光纤激光器中通过滤波诱导的四波混频效应获得百GHz级别的高重频脉冲，但是硅基微环谐振器的制作过程复杂且光纤耦合损耗大，不能实现全光纤结构。在先技术之二，利用
马赫-曾德干涉仪诱导的四波混频效应，实现了高重频脉冲，但激光器所需要的
泵浦功率很高。所以，在探索全光纤、低泵浦的情况下产生高重频脉冲这一方面有重要的实用意义。
发明内容
[0003] 本发明目的是为了改进
现有技术在百GHz级别高重频脉冲获取技术上的不足，提供了结构简单、成本低廉、性能稳定的高重频脉冲光纤激光器用的模块，并且提供了基于此模块的环形腔光纤激光器和线性腔光纤激光器以实现高重频脉冲激光输出。
[0004] 本发明获得百GHz级别高重频脉冲原理如下：二维光子功能材料具有很高的非线性折射率，将其沉积于本身具有一定非线性效应的微纳光纤上形成光纤光子器件时，可以显著地提高非线性效应，从而更好地满足四波混频发生的条件。四波混频是一个自恰
相位锁定的参量过程，当四波混频发生时，在高非线性环境中，两束泵浦光产生一束
信号光和一束闲频光，该信号光和闲频光又作为泵浦光继续产生信号光和闲频光，如此形成一个级联的过程，这些四波混频产生的光具有内在的相位锁定关系，从而可以利用四波混频实现锁模。在
谐振腔内接入
梳状滤波器对激射
光谱进行选择，使激光器能够工作在有利于四波混频锁模的多
波长激射状态。所以，通过滤波器的梳状谱与二维光子功能材料的相互作用达到四波混频条件，从而获得了与
自由光谱范围相符的上百GHz级别的脉冲序列。基于上述原理，本发明的技术方案如下：
[0005] 一种高重频脉冲光纤激光器用模块，包括：以熔接方式连接的光纤光子器件与滤波器，所述光纤光子器件表面沉积有二维光子功能材料沉积层。
[0006] 进一步地，所述二维光子功能材料为
石墨烯或者拓扑绝缘体。
[0007] 进一步地，所述光纤光子器件由单模光纤通过熔融拉锥后形成腰锥直径为5-20微米的微纳光纤。
[0008] 进一步地，所述滤波器是梳状滤波器，其滤波间隔为0.8-4nm。
[0009] 一种高重频脉冲光纤激光器用模块的制备方法，包含以下步骤：
[0010] (1)将单模光纤剥去涂覆层以后采用熔融拉锥的方法将光纤拉锥成为微纳光纤。
[0011] (2)用溶解有二维光子功能材料的溶液在超声作用后，通过光学沉积法将二维光子功能材料沉积到所述微纳光纤表面，制备成光纤光子器件。
[0012] (3)将滤波器和制备好的光纤光子器件通过熔融的方式熔接在一起制成高重频脉冲光纤激光器用模块。
[0013] 作为一种优选方案，步骤(2)中所述的溶解有二维光子功能材料的溶液是浓度为0.05-0.25mg/ml的
石墨烯/二甲基甲酰胺分散液或者浓度为0.018-0.1mg/ml拓扑绝缘体/丙
酮溶液。
[0014] 一种基于高重频脉冲光纤激光器用模块的
脉冲激光器，包括：泵浦源和谐振腔，其中，谐振腔内设置有所述高重频脉冲光纤激光器用模块。
[0015] 作为一种优选方案，所述谐振腔为环形腔，用光纤首尾依次连接波分复用器、增益光纤、偏振无关隔离器、偏振
控制器、高重频脉冲光纤激光器用模块以及
耦合器形成环形腔；泵浦源通过光纤与所述波分复用器的另一输入端口相连；耦合器的另一输出端口作为激光器的输出端口。
[0016] 作为另一种优选方案，所述谐振腔为线性腔，用光纤依次连接第一耦合器、波分复用器、增益光纤、偏振控制器、高重频脉冲光纤激光器用模块和第二耦合器；泵浦源通过光纤与所述波分复用器的另一端口相连；其中，第一耦合器为2*2的50:50的耦合器，将其中一端的两个端口用光纤连接，形成反射镜功能；第二耦合器为2*2的40:60的耦合器，将其中一端的两个端口用光纤连接，形成反射镜功能，另一40％端口作为输出端口。
[0017] 与现有技术相比，本发明具有如下优点：
[0018] 这是一种全光纤结构的百GHz级别高重复
频率光纤激光器，激光器所有器件的连接均采用熔接的方式，大幅度降低了连接损耗，降低了对泵浦功率的要求；用来产生四波混频的高重频脉冲光纤激光器用模块结构简单，基于该模块的激光器所获得的高重频脉冲具有很好的
稳定性；整个激光器的制备过程没有繁复的制作工艺，成本低廉。
附图说明
[0019] 图1、本发明的一个
实施例的光学沉积法沉积装置图；
[0020] 图2、本发明的一个实施例的微纳光纤沉积石墨烯示意图；
[0021] 图3、本发明的一个实施例的高重频脉冲光纤激光器用模块示意图；
[0022] 图4、本发明的一个实施例的基于高重频脉冲光纤激光器用模块的环形腔光纤脉冲激光器原理图；
[0023] 图5、本发明的一个实施例的基于高重频脉冲光纤激光器用模块的线性腔光纤脉冲激光器原理图；
[0024] 图6、本发明的一个实施例的基于石墨烯与环形腔方案激光器输出激光的光谱图；
[0025] 图7、本发明的一个实施例的基于石墨烯与环形腔方案激光器输出激光的自相关序列图；
[0026] 图8、本发明的一个实施例的基于拓扑绝缘体与环形腔方案激光器输出激光的光谱图；
[0027] 图9、本发明的一个实施例的基于拓扑绝缘体与环形腔方案激光器输出激光的自相关序列图；
[0028] 图10、本发明的一个实施例的基于石墨烯与线性腔方案激光器输出激光的光谱图；
[0029] 图11、本发明的一个实施例的基于石墨烯与线性腔方案激光器输出激光的自相关序列图。
具体实施方式
[0030] 具体实施例1：
[0031] 下面通过具体的实施例子并结合附图对本发明所述的高重频脉冲光纤激光器用模块的制备方法做进一步的详细描述。
[0032] (1)将普通单模光纤剥去涂覆层后，在酒精灯的作用下采用熔融拉锥的方法将光纤拉锥成为直径为5-20μm的微纳光纤；
[0033] (2)将拉锥好的微纳光纤的输入端通过
法兰盘连接自发
辐射光源和掺铒光纤
放大器，输出端连接光功率计，将光纤直径最小部位固定在玻璃片上，放置在
显微镜下，以监察沉积过程。该方法所用的装置如图(1)所示；
[0034] (3)将浓度为0.05mg/ml的石墨烯/二甲基甲酰胺分散液或者0.08mg/ml的拓扑绝缘体/丙酮溶液用超声作用20分钟，用胶头滴管将一滴上述溶液滴到微纳光纤直径最小处；打开自发辐射光源和掺铒光纤放大器(EDFA)，使得石墨烯/拓扑绝缘体小颗粒在光场的作用下
吸附在微纳光纤表面。在显微镜中观察到微纳光纤周围附满小颗粒以后，用吸
水纸吸收掉多余的溶液，待自然晾干后用光功率计测试功率损耗，若损耗小于4dB，则光纤光子器件制备完成，如图(2)所示；
[0035] (4)将滤波间隔为0.8nm的梳状滤波器和制备好的光纤光子器件熔接在一起制备成高重频脉冲光纤激光器用模块，如图(3)所示。
[0036] 下面通过具体的实施例子并结合附图对本发明所述的高重频脉冲光纤激光器做进一步的详细描述。
[0037] 具体实施例2：
[0038] 本实施例中，激光器的结构采用环形腔结构。用光纤首尾依次连接波分复用器、增益光纤(掺铒光纤)、偏振无关隔离器、偏振控制器、高重频脉冲光纤激光器用模块和耦合器形成环形腔；泵浦源通过光纤与所述波分复用器的另一端口相连。耦合器的另一输出端口作为激光器的输出端口，搭建好的环形腔激光器如图(4)所示。
[0039] 当高重频脉冲光纤激光器用模块采用沉积石墨烯的光纤光子器件和滤波间隔为0.8nm的梳状滤波器、泵浦功率达到22mW时，在耦合器的输出端连接好光谱仪，可在光谱仪上观察到稳定的多波长光谱，光谱如图6所示；在耦合器的输出端连接自相关仪时，自相关序列如图7所示。
[0040] 当高重频脉冲光纤激光器用模块采用沉积拓扑绝缘体的光纤光子器件和滤波间隔为0.8nm的梳状滤波器、泵浦功率达到22mW时，其光谱图如图8所示，自相关序列如图9所示。经过数据分析，输出的脉冲序列的重复率达到100GHz(脉冲间隔10ps)。
[0041] 具体实施例3：
[0042] 本实施例中，激光器的结构采用线性腔结构。用光纤依次连接第一耦合器、波分复用器、增益光纤(掺铒光纤)、偏振控制器、高重频脉冲光纤激光器用模块和第二耦合器；泵浦源通过光纤与波分复用器的另一端口相连；其中，第一耦合器为2*2的50:50的耦合器，将其中一端的两个端口用光纤连接，形成反射镜功能；第二耦合器为2*2的40:60的耦合器，将其中一端的两个端口用光纤连接，形成反射镜功能，另一40％端口作为输出端口。搭建好线性腔激光器如图(5)所示。
[0043] 当高重频脉冲光纤激光器用模块采用沉积石墨烯的光纤光子器件和滤波间隔为0.8nm的梳状滤波器、泵浦功率达到169mW的时候，在耦合器的输出端的光谱仪上出现稳定的多波长光谱，光谱如图(10)所示；在耦合器的输出端连接自相关仪时，自相关序列如图(11)所示。经过数据分析，输出的脉冲序列的重复率达到100GHz(脉冲间隔10ps)。
[0044] 以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化，如改变滤波器的类型，使用不同规格的滤波器或者改变二维光子功能材料溶液的浓度等等。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何
修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
