本發(fā)明屬于激光器領(lǐng)域，具體涉及一種基于石墨烯布拉格光柵的波長可調(diào)窄線寬激光器。

背景技術(shù)：

激光器在光纖通信、精確光相干測量、光纖分布式傳感等領(lǐng)域有非常廣泛的應(yīng)用。石墨烯布拉格光柵反射帶寬很窄可以很方便地從滿足激光起振的多縱模激光中選出單一縱模，而光纖中的背向瑞利散射效應(yīng)可以進(jìn)一步有效壓窄單縱模激光的線寬。但是在目前窄線寬激光器領(lǐng)域利用石墨烯布拉格光柵的進(jìn)行波長調(diào)控主要是通過改變石墨烯布拉格光柵的應(yīng)力以及溫度等方法改變光柵的有效折射率，進(jìn)一步改變石墨烯布拉格光柵的中心波長。但是這類機(jī)械或熱調(diào)諧的方法它在調(diào)諧精度、調(diào)諧響應(yīng)時(shí)間上都會受到機(jī)械步進(jìn)距離以及溫度響應(yīng)時(shí)間的限制。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種基于石墨烯布拉格光柵的波長可調(diào)窄線寬激光器，以解決目前波長可調(diào)激光器波長調(diào)節(jié)精度較低且響應(yīng)時(shí)間長的問題。

根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的第一方面，提供一種基于石墨烯布拉格光柵的波長可調(diào)窄線寬激光器，包括第一泵浦激光器、摻雜光纖、第一環(huán)形器和石墨烯布拉格光柵，其中所述石墨烯布拉格光柵從內(nèi)至外依次包括纖芯、包層和包裹著所述包層的石墨烯層，所述第一泵浦激光器的輸出端通過所述摻雜光纖連接所述第一環(huán)形器的第一端，所述第一環(huán)形器的第二端連接所述纖芯；

通過調(diào)節(jié)所述包層的厚度，在所述包層上包裹石墨烯層，并調(diào)節(jié)傳輸給所述纖芯的泵浦光的光強(qiáng)來調(diào)節(jié)所述石墨烯布拉格光柵的調(diào)制折射率，實(shí)現(xiàn)所述石墨烯布拉格光柵中心波長的調(diào)節(jié)；在所述石墨烯布拉格光柵中心波長調(diào)節(jié)完成后，所述纖芯向所述第一環(huán)形器的第二端返回波長為調(diào)節(jié)后中心波長的激光信號，并由所述第一環(huán)形器的第三端輸出。

在一種可選的實(shí)現(xiàn)方式中，基于石墨烯布拉格光柵的波長可調(diào)窄線寬激光器還包括第二泵浦激光器和第一波分復(fù)用器，所述第一波分復(fù)用器的第一輸入端連接所述第一環(huán)形器的第二端，第二輸入端連接所述第二泵浦激光器的輸出端，所述第二泵浦激光器用于通過所述第一波分復(fù)用器，對傳輸給所述纖芯的泵浦光的光強(qiáng)進(jìn)行調(diào)節(jié)。

在另一種可選的實(shí)現(xiàn)方式中，基于石墨烯布拉格光柵的波長可調(diào)窄線寬激光器還包括隔離器，所述隔離器的輸入端連接所述摻雜光纖，輸出端連接所述第一環(huán)形器的第一端。

在另一種可選的實(shí)現(xiàn)方式中，基于石墨烯布拉格光柵的波長可調(diào)窄線寬激光器還包括第二環(huán)形器和瑞利光纖，所述第二環(huán)形器的第一端用于輸入所述激光信號，所述激光信號從其第二端傳輸給所述瑞利光纖的第一端，所述瑞利光纖基于所述激光信號產(chǎn)生瑞利散射信號并返回給所述第二環(huán)形器的第二端，再由所述第二環(huán)形器的第三端輸出。

在另一種可選的實(shí)現(xiàn)方式中，基于石墨烯布拉格光柵的波長可調(diào)窄線寬激光器還包括反射鏡，所述瑞利光纖的第二端連接所述反射鏡。

在另一種可選的實(shí)現(xiàn)方式中，基于石墨烯布拉格光柵的波長可調(diào)窄線寬激光器還包括可調(diào)光衰減器，所述可調(diào)光衰減器位于所述瑞利光纖的第二端與所述反射鏡之間。

在另一種可選的實(shí)現(xiàn)方式中，基于石墨烯布拉格光柵的波長可調(diào)窄線寬激光器還包括第二波分復(fù)用器和耦合器，所述第二波分復(fù)用器的第一輸入端連接所述第一泵浦激光器的輸出端，第二輸入端連接所述第二環(huán)形器的第三端，公共端連接所述摻雜光纖；所述第一環(huán)形器的第三端連接所述耦合器的輸入端，所述耦合器的第一輸出端連接所述第二環(huán)形器的第一端，第二輸出端作為所述波長可調(diào)激光器的輸出端。

本發(fā)明的有益效果是：

1、本發(fā)明通過調(diào)節(jié)石墨烯布拉格光柵的包層厚度以及傳輸給石墨烯布拉格光柵纖芯的泵浦光光強(qiáng)，不僅可以對布拉格光柵的中心波長進(jìn)行調(diào)節(jié)，而且可以提高布拉格光柵中心波長調(diào)節(jié)的精確度和響應(yīng)時(shí)間；

2、本發(fā)明通過采用石墨烯布拉格光柵，并通過對傳輸給石墨烯布拉格光柵纖芯的泵浦光進(jìn)行調(diào)節(jié)，對石墨烯布拉格光柵的厚度進(jìn)行調(diào)節(jié)，可以提高激光波長調(diào)節(jié)精度和響應(yīng)時(shí)間；

3、本發(fā)明通過增加隔離器，可以對輸入的泵浦光進(jìn)行隔離，降低干擾；

4、本發(fā)明通過將激光信號傳輸給瑞利光纖，使瑞利光纖基于瑞利散射效應(yīng)對激光信號的線寬進(jìn)行壓縮，可以降低激光信號的線寬，并且通過使瑞利光纖產(chǎn)生的前向傳輸?shù)娜鹄⑸湫盘柾ㄟ^反射鏡反射回瑞利光纖，可以對激光信號的線寬做進(jìn)一步壓縮，從而可以進(jìn)一步降低激光信號的線寬；

5、本發(fā)明通過在瑞利光纖與反射鏡之間增加可調(diào)衰減器，可以避免反射鏡反射回來的瑞利散射信號被激光信號淹沒；

6、本發(fā)明通過采用第二波分復(fù)用器和耦合器，對激光信號的線寬進(jìn)行循環(huán)壓縮，可以進(jìn)一步降低激光信號的線寬。

附圖說明

圖1是本發(fā)明石墨烯布拉格光柵的一個(gè)實(shí)施例剖視圖；

圖2是本發(fā)明基于石墨烯布拉格光柵的波長可調(diào)窄線寬激光器的一個(gè)實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本發(fā)明基于石墨烯布拉格光柵的波長可調(diào)窄線寬激光器的另一個(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)合附圖對本發(fā)明實(shí)施例中技術(shù)方案作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。

在本發(fā)明的描述中，除非另有規(guī)定和限定，需要說明的是，術(shù)語“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，也可以通過中間媒介間接相連，對于本領(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)語的具體含義。

參見圖1，為本發(fā)明石墨烯布拉格光柵的一個(gè)實(shí)施例剖視圖。該石墨烯布拉格光柵由內(nèi)向外依次可以包括纖芯101、包層102和包裹著所述包層102的石墨烯層103，通過調(diào)節(jié)所述包層102的厚度，在所述包層102上包裹石墨烯層103，并調(diào)節(jié)傳輸給所述纖芯101的泵浦光的光強(qiáng)來調(diào)節(jié)石墨烯布拉格光柵的調(diào)制折射率，實(shí)現(xiàn)所述石墨烯布拉格光柵中心波長的調(diào)節(jié)。

為了完全避免纖芯傳輸?shù)募す獯┩赴鼘佣档图す獾膫鬏斝阅?，市面上的石墨烯布拉格光柵包層通常較厚。相比于市面上的石墨烯布拉格光柵包層，本實(shí)施例中石墨烯布拉格光柵包層的厚度較薄，這樣纖芯傳輸?shù)谋闷止鈩t有可能穿透包層而作用于石墨烯層上。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躍遷到導(dǎo)帶上，而且滿足狄拉克分布，這一過程會直接導(dǎo)致石墨烯能帶結(jié)構(gòu)的電子分布發(fā)生改變。當(dāng)改變泵浦光的光強(qiáng)時(shí)，石墨烯層的能帶電子的分布也會發(fā)生變化。由于石墨烯布拉格光柵的中心波長是由纖芯折射率和周期決定的，而其纖芯已經(jīng)被周期性的調(diào)制，因此石墨烯層的能帶電子分布的變化會進(jìn)一步導(dǎo)致光柵的調(diào)制折射率的改變，這樣最終導(dǎo)致了石墨烯布拉格光柵反射譜的中心波長發(fā)生變化。由此，在包層厚度一定的情況下，本發(fā)明可以通過改變調(diào)控石墨烯的泵浦光光強(qiáng)來改變石墨烯布拉格光柵的中心波長。

在制作上述石墨烯布拉格光柵時(shí)，可以采用以下方法：首先，預(yù)制布拉格光柵；將商用C波段的布拉格光柵浸泡在氫氟酸溶液中進(jìn)行腐蝕，將布拉格光柵的直徑(包括纖芯和包層的直徑之和)腐蝕至10到20微米，此時(shí)激光器波長調(diào)節(jié)的調(diào)節(jié)精度和響應(yīng)時(shí)間都到達(dá)最高；其次，預(yù)制石墨烯片；將商用銅基PMMA(柔性聚甲基丙烯酸甲酯)-石墨烯利用化學(xué)置換的方法將銅基去除；最后，預(yù)制石墨烯布拉格光柵；將去除銅基的PMMA-石墨烯包裹到腐蝕的石墨烯布拉格光柵上，用丙酮蒸汽除去PMMA。

由上述實(shí)施例可見，本發(fā)明通過調(diào)節(jié)石墨烯布拉格光柵的包層厚度以及傳輸給石墨烯布拉格光柵纖芯的泵浦光光強(qiáng)，不僅可以對布拉格光柵的中心波長進(jìn)行調(diào)節(jié)，而且可以提高布拉格光柵中心波長調(diào)節(jié)的精確度和響應(yīng)時(shí)間。

參見圖2，為本發(fā)明基于石墨烯布拉格光柵的波長可調(diào)窄線寬激光器的一個(gè)實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖。該波長可調(diào)激光器可以包括第一泵浦激光器201、摻雜光纖202、第一環(huán)形器203和石墨烯布拉格光柵204，其中所述石墨烯布拉格光柵204如圖1所示，從內(nèi)至外依次包括纖芯101、包層102和包裹著所述包層102的石墨烯層103，所述第一泵浦激光器201的輸出端通過所述摻雜光纖202連接所述第一環(huán)形器203的第一端，所述第一環(huán)形器202的第二端連接所述纖芯。本發(fā)明通過調(diào)節(jié)所述包層的厚度，在所述包層上包裹石墨烯層，并調(diào)節(jié)傳輸給所述石墨烯布拉格光柵204纖芯的泵浦光的光強(qiáng)來調(diào)節(jié)所述石墨烯布拉格光柵的調(diào)制折射率，實(shí)現(xiàn)所述石墨烯布拉格光柵中心波長的調(diào)節(jié)；在所述石墨烯布拉格光柵中心波長調(diào)節(jié)完成后，所述石墨烯布拉格光柵204纖芯向所述第一環(huán)形器203的第二端返回波長為調(diào)節(jié)后中心波長的激光信號，并由所述第一環(huán)形器203的第三端輸出，由此，實(shí)現(xiàn)了激光的波長調(diào)整。

由上述實(shí)施例可見，本發(fā)明通過采用石墨烯布拉格光柵，并通過對傳輸給石墨烯布拉格光柵纖芯的泵浦光進(jìn)行調(diào)節(jié)，對石墨烯布拉格光柵的厚度進(jìn)行調(diào)節(jié)，可以提高激光波長調(diào)節(jié)精度和響應(yīng)時(shí)間。

參見圖3，為本發(fā)明基于石墨烯布拉格光柵的波長可調(diào)窄線寬激光器的另一個(gè)實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖。圖3與圖1所示波長可調(diào)激光器還可以包括：第二泵浦激光器301和第一波分復(fù)用器302，所述第一波分復(fù)用器302的第一輸入端連接所述第一環(huán)形器203的第二端，第二輸入端連接所述第二泵浦激光器301的輸出端，所述第二泵浦激光器301用于通過所述第一波分復(fù)用器302，對傳輸給所述纖芯的泵浦光的光強(qiáng)進(jìn)行調(diào)節(jié)。為了對輸入的泵浦光進(jìn)行隔離，降低干擾，波長可調(diào)激光器還可以包括隔離器303，所述隔離器303的輸入端連接所述摻雜光纖202，輸出端連接所述第一環(huán)形器203的第一端。

為了對第一環(huán)形器203第三端輸出的激光信號的線寬做進(jìn)一步壓縮，波長可調(diào)激光器還可以包括第二波分復(fù)用器304、耦合器305、第二環(huán)形器306、瑞利光纖307、可調(diào)光衰減器308和反射鏡309，所述第二環(huán)形器306的第一端用于輸入所述激光信號，所述激光信號從其第二端傳輸給所述瑞利光纖307的第一端，所述瑞利光纖307基于所述激光信號產(chǎn)生后向傳輸?shù)娜鹄⑸湫盘柌⒎祷亟o所述第二環(huán)形器306的第二端，再由所述第二環(huán)形器306的第三端輸出。瑞利光纖307的第二端還與反射鏡309連接，這樣瑞利光纖307產(chǎn)生的前向傳輸?shù)娜鹄⑸湫盘柨梢员环瓷溏R309反射回來，從而傳輸給第二環(huán)形器306的第二端，再由第二環(huán)形器306的第三端輸出。本發(fā)明通過將激光信號傳輸給瑞利光纖，使瑞利光纖基于瑞利散射效應(yīng)對激光信號的線寬進(jìn)行壓縮，可以降低激光信號的線寬，并且通過使瑞利光纖產(chǎn)生的前向傳輸?shù)娜鹄⑸湫盘柾ㄟ^反射鏡反射回瑞利光纖，可以對激光信號的線寬做進(jìn)一步壓縮，從而可以進(jìn)一步降低激光信號的線寬。為了避免反射鏡反射回來的瑞利散射信號被激光信號淹沒，在瑞利光纖307的第二端與反射鏡309之間還可以設(shè)置有可調(diào)光衰減器308。

另外，為了進(jìn)一步對激光信號的線寬做循環(huán)壓縮，所述第一環(huán)形器203的第三端連接所述耦合器305的輸入端，所述耦合器305的第一輸出端用于將所述激光信號輸出，第二輸出端作為所述波長可調(diào)激光器的輸出端。所述第二波分復(fù)用器304的第一輸入端連接所述第一泵浦激光器201的輸出端，第二輸入端連接所述第二環(huán)形器306的第三端，公共端連接所述摻雜光纖202。

本實(shí)施例中，從第一泵浦激光器201輸出的泵浦光首先通過第二波分復(fù)用器304傳輸給摻雜光纖202，從摻雜光纖202出來的泵浦光先經(jīng)過隔離器303，再進(jìn)入到第一環(huán)形器203的第一端，然后通過第一波分復(fù)用器302的第一輸入端進(jìn)入到石墨烯布拉格光柵204中，與此同時(shí)第二泵浦激光器301輸出的泵浦光通過第一波分復(fù)用器302的第二輸入端與激光信號一起同時(shí)進(jìn)入石墨烯布拉格光柵204。由于石墨烯布拉格光柵204只反射位于C波段的光，所以泵浦光將被完全透過，因此只有激光信號將被濾波后從石墨烯布拉格光柵204返回至第一環(huán)形器203的第二端。由于石墨烯布拉格光柵的反射譜的中心波長可以被第二泵浦激光器301輸出的不同功率的泵浦光調(diào)控，因此當(dāng)改變第二泵浦激光器301的輸出功率，將有不同波長的激光信號被反射回第二環(huán)形器203的第二端。從第二環(huán)形器203的第三端出來的光將一部分通過耦合器305輸出，另一部分將反饋回到激光腔中，從第二環(huán)形器306的第一端進(jìn)入到瑞利光纖307中產(chǎn)生背向的分布瑞利光反饋，剩下的前向信號激光也將通過可調(diào)光衰減器308以及反射鏡309重新反射到第二環(huán)形器306的第二端，并從第二環(huán)形器306的第三端輸出重新進(jìn)入到激光腔內(nèi)，這樣完成了激光腔內(nèi)一次循環(huán)。

由上述實(shí)施例可見，本發(fā)明通過采用石墨烯布拉格光柵，并通過對傳輸給石墨烯布拉格光柵纖芯的泵浦光進(jìn)行調(diào)節(jié)，對石墨烯布拉格光柵的厚度進(jìn)行調(diào)節(jié)，可以提高激光波長調(diào)節(jié)精度和響應(yīng)時(shí)間。

本領(lǐng)域技術(shù)人員在考慮說明書及實(shí)踐這里公開的發(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)明未公開的本技術(shù)領(lǐng)域中的公知常識或慣用技術(shù)手段。說明書和實(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)利要求來限制。