一种可调谐阈值的光学限幅器

摘要

本发明公开一种可调谐阈值的光学限幅器，包括液体注入件、平面锯齿型混合管道、圆形光学腔和出口管道；在圆形光学腔上设置圆形光学腔的入口、出口；圆形光学腔的出口直接与出口管道相连；所述液体注入件为“Y”型管道，所述“Y”型管道，具有2个口的一端为液体注入件的入口端，具有1个口的一端为液体注入件的出口端；所述的液体注入件1的出口端与平面锯齿型混合管道的一端相连，平面锯齿型混合管道的另一端与圆形光学腔的入口连接。由于其液体注入件为“Y”型管道，该“Y”型管道含有两种溶液入口，通过控制氧化石墨烯乙醇溶液与乙醇溶液的流速，使最终进入到圆形光学腔内的氧化石墨烯浓度精确可控，从而实现光学非线性的可调节功能。

权利要求

1.一种可调谐阈值的光学限幅器，其特征在于所述的可调谐阈值的光学限幅器包括液体注入件（1）、平面锯齿型混合管道（2）、圆形光学腔（3）和出口管道（4）；

在圆形光学腔（3）上，与中心相对位置上平面设置一对应的圆形光学腔（3）的入口、圆形光学腔（3）的出口；圆形光学腔（3）的出口直接与出口管道（4）相连；

所述的液体注入件（1）为“Y”型管道，所述的“Y”型管道，具有2个口的一端为液体注入件（1）的入口端，具有1个口的一端为液体注入件（1）的出口端；

所述的液体注入件（1）的出口端与平面锯齿型混合管道（2）的一端相连，平面锯齿型混合管道（2）的另一端与圆形光学腔（3）的入口连接；

上述的一种可调谐阈值的光学限幅器使用时，使用注射泵把已经配置好的氧化石墨烯乙醇溶液和乙醇溶液分别从液体注入件（1）的Y型管道入口端的2个口注入，两种溶液经过平面锯齿型混合管道（2）充分混合后，送入圆形光学腔（3）内，依次经圆形光学腔（3）、出口管道（4）后流出，通过高精度的注射泵控制氧化石墨烯乙醇溶液和乙醇溶液的流速，能精确地控制氧化石墨烯在圆形光学腔中的浓度，在此过程中，脉冲激光垂直入射到光学腔中，由于光学非线性材料氧化石墨烯在圆形光学腔中的浓度发生变化，光学限幅性能发生变化，从而实现阈值调谐的光学限幅功能。

2.如权利要求1所述的一种可调谐阈值的光学限幅器，其特征在于所述的“Y”型管道，入口端的管径均为0.2mm×0.1mm，出口端的管径为0.2mm×0.1mm；

所述的平面锯齿型混合管道（2），其展开长度为74mm，管径为0.2mm×0.1mm，弯曲后的长和宽分别为6mm，11.2mm；

所述的圆形光学腔(3)由管径为0.2mm×0.1mm的管道弯曲形成，其外径为10mm；

出口管道(4)的管径为0.2mm×0.1mm。

说明书

一种可调谐阈值的光学限幅器

技术领域

[0001] 本发明涉及一种光学非线性材料与光流控应用领域的器件，特别可调谐阈值的光学限幅器。

背景技术

[0002] 强激光很容易对人的眼睛、光学探测器、光学精密仪器造成损伤，为此通常会采取一定的保护措施。光学限幅器就能够起到这种保护作用。目前的基于石墨烯的光学限幅器通常是通过化学气相沉积的方法在铜片上生长一单层石墨烯，然后转移到所需要的器件上做成光学限幅器件。由于石墨烯是一种不溶解于任何溶剂的材料，使得它的应用受到了很大限制。而氧化石墨烯是一种能溶解于许多溶剂的非线性材料，基于这个，人们把它溶解于水、二甲基甲酰胺、四氢呋喃等试剂中，然后，将氧化石墨烯溶液与环氧树脂混合制成非线性薄膜材料，这种限幅器在制作上要比石墨烯的限幅器，制作方面、成本低。利用氧化石墨烯的光学非线性特性，人们设计了一些光学限幅器。然而大部分利用氧化石墨烯的光学限幅器的非线性器件为固体器件。一旦氧化石墨烯的量确定了，这些器件的非线性的性能就固定不变了，这样光学阈值就无法调节。但是在实际应用中，如光脉冲整形、眼睛或者光学传感器保护、光学能量整流等众多领域中，光学阈值可调谐的需求广泛存在。例如对于已知的光强不稳定的光脉冲信号，可以根据光脉冲信号的性能恶化情况设计一个固定的限幅器进行整形，但对于一个事先未知的光脉冲信号，固定的限幅器就很难实现高质量的整形。因此， 需要开发一种可调谐阈值的光学限幅器，来满足众多领域的需求。

发明内容

[0003] 本发明的目的是为了降低制作成本、易集成、简化结构、减小体积而提供一种基于氧化石墨烯的光流控可调谐阈值的光学限幅器，该基于氧化石墨烯的光流控可调谐阈值的光学限幅器具有生产成本低、已集成、结构简单、体积小等优点。

[0004] 本发明的技术方案

[0005] 一种可调谐阈值的的光学限幅器，所述的可调谐阈值的光学限幅器包括液体注入件、平面锯齿型混合管道、圆形光学腔和出口管道；

[0006] 在圆形光学腔上，与中心相对位置上平面设置一对应的圆形光学腔的入口、圆形光学腔的出口；圆形光学腔的出口直接与出口管道相连；

[0007] 其特征在于所述的液体注入件为Y型管道，所述的Y型管道，具有2个口的一端为液体注入件的入口端，具有1个口的一端为液体注入件的出口端；

[0008] 所述的液体注入件的出口端与平面锯齿型混合管道的一端相连，平面锯齿型混合管道的另一端与圆形光学腔的入口连接。

[0009] 上述的一种可调谐阈值的的光学限幅器使用时，可以使用注射泵把已经配置好的氧化石墨烯乙醇溶液和乙醇溶液分别从液体注入件 的Y型管道的2个口注入，两种溶液经过平面锯齿型的混合器充分混合后，送入圆形光学腔内，依次经圆形光学腔、出口管道后流出。通过高精度的注射泵控制氧化石墨烯乙醇溶液和乙醇溶液的流速，能精确地控制氧化石墨烯在圆形光学腔中的浓度。在此过程中，脉冲激光垂直入射到光学腔中，由于光学非线性材料氧化石墨烯在光学腔中的浓度发生变化，光学限幅性能发生变化，从而实现阈值调谐的光学限幅功能。

[0010] 本发明的有益效果

[0011] 本发明的一种可调谐阈值的光学限幅器，由于其液体注入件为“Y”型管道，该“Y”型管道含有两种溶液的入口，可以通过控制氧化石墨烯乙醇溶液与乙醇溶液的流速，使得最终进入到圆形光学腔内的氧化石墨烯浓度精确可控，从而实现光学非线性的可调节功能。

[0012] 进一步，本发明的一种可调谐阈值的光学限幅器，由于其特殊的结构使光与非线性材料氧化石墨烯在圆形光学腔中的反应腔长增加。进一步，由于氧化石墨烯在圆形光学腔中不与其他器件接触，可以有效地避免物理破坏。圆形光学腔中的溶液可以很好地吸收激光照射产生的热量，避免过高的热量破坏氧化石墨烯及影响器件性能。

[0013] 进一步，本发明的一种可调谐阈值的的光学限幅器，可采用成熟的光学刻蚀技术制备而成，生产成本低，并且，体积小，易于与其它微流芯片或光学器件集成。

附图说明

[0014] 图1、可调谐阈值的光学限幅器的结构示意图；

[0015] 图2、为两种液体流速比值与氧化石墨烯浓度的关系图；

[0016] 图3、不同浓度的氧化石墨烯乙醇溶液对应的光学非线性图；

[0017] 图4(a)、光学腔中的氧化石墨烯的浓度为零时的输出波形图；

[0018] 图4（b）、光学腔中氧化石墨烯浓度为66.7μg/mL时的输出波形图；

[0019] 图4（c）、光学腔中氧化石墨烯浓度为80μg/mL时的输出波形图。

具体实施方式

[0020] 下面通过具体实施例并结合附图对本发明进一步阐述，但并不限制本发明。

[0021] 实施例1

[0022] 一种可调谐阈值的光学限幅器，其结构示意图如图1所示，包括一个液体注入件1、平面锯齿型混合管道2、一个圆形光学腔3和一个出口管道4；

[0023] 所述的液体注入件1为“Y”型管道，所述的“Y”型管道，具有2个口的一端为液体注入件1的入口端，具有1个口的一端为液体注入件1的出口端；

[0024] 所述的液体注入件1的出口端与平面锯齿型混合管道2的一端相连，平面锯齿型混合管道2的另一端与圆形光学腔3的入口连接；

[0025] 所述的“Y”型管道，具有2个口的一端为液体注入件1的入口端，其管径均为0.2mm×0.1mm，具有1个口的一端为液体注入件1的出口端，其管径为0.2mm×0.1mm；

[0026] 所述的平面锯齿型混合管道2，其展开长度为74mm，管径为0.2mm×0.1mm，弯曲后的长和宽分别为6mm，11.2mm；

[0027] 所述的圆形光学腔3由管径为0.2mm×0.1mm的管道弯曲形成，其外径为10mm；在圆形光学腔3上，与中心相对位置上平面设置一对应的圆形光学腔3的入口、圆形光学腔3的出口；圆形光学腔3的出口直接与出口管道4相连，出口管道4的管径为0.2mm×0.1mm。

[0028] 使用时，可以使用注射泵把已经配置好的氧化石墨烯乙醇溶液和乙醇溶液分别从液体注入件1 的Y型管道的2个口注入，两种溶液经过平面锯齿型混合管道2充分混合后，送入圆形光学腔3内，依次经圆形光学腔3、出口管道4后流出。通过高精度的注射泵控制氧化石墨烯乙醇溶液和乙醇溶液的流速，能精确地控制氧化石墨烯在圆形光学腔中的浓度。在此过程中，脉冲激光垂直入射到光学腔中，由于光学非线性材料氧化石墨烯在光学腔中的浓度发生变化，光学学限幅性能发生变化，从而实现阈值调谐的光学限幅功能。

[0029] 应用实施例1

[0030] 上述实施例1所得的可调谐阈值的光学限幅器在乙醇溶液和非线性材料氧化石墨烯乙醇溶液混合的情况下进行使用，具体步骤如下：

[0031] 先通过注射泵把乙醇和氧化石墨烯乙醇溶液分别通过液体注入件1 的Y型管道的2个口注入，经过平面锯齿型混合管道2充分混合后，送入圆形光学腔3内。由于两者流速比值不一样，导致到达圆形光学腔3的氧化石墨烯乙醇溶液的浓度发生变化。如图2所示，横坐标为两者流速的比值，纵坐标为光学腔中石墨烯乙醇溶液的浓度。从图2中可以看出，通过控制两者流速，能够实现氧化石墨烯在乙醇中0～80μg/mL浓度任意值。

[0032] 由于圆形光学腔3中氧化石墨烯在乙醇中浓度发生了变化，从而导致非线性阈值变化，按照光功率测量的方法，采用高精度光功率计（嘉慧 JW3211 A-SC/FC/LC）对上述的圆形光学腔中氧化石墨烯浓度分别为18.18μg/mL、66.67μg/mL、100μg/mL、133.3μg/mL、181.81μg/mL、200μg/mL时的脉冲的能量进行测定，所得的对应的光学非线性图如图3所示，图3横坐标表示输入脉冲的能量，纵坐标表示输出脉冲的能量，从图3中可以看出，不同浓度的氧化石墨烯，光学阈值发生了变化，浓度越高，光学阈值越低，该性能能够很好的实现波束整形。

[0033] 按照波形检测的方法，采用示波器（Agilent Infiniium 9000）对上述的圆形光学腔中氧化石墨烯浓度分别为0μg/mL、66.7μg/mL、80μg/mL时输出的光脉冲信号进行测定，最终所得的输出波形图如图4（a）、图4（b）、图4（c）,从图4（a）、图4（b）、图4（c）对比中可以看出，当幅值不同的光脉冲信号垂直入射经过光学腔时，脉冲信号被整形，幅值发生变化。幅值大的光脉冲的能量处于光学限幅器的限幅区域，并且由于光学限幅器的插入损耗的影响，幅值大的光脉冲的能量被严重衰减，幅值明显变小；幅值小的光脉冲由于只受到光学限幅器的插入损耗的影响，能量稍稍减弱，幅值稍有变小。当圆形光学腔中氧化石墨烯浓度不同时，整形效果发生变化，当氧化石墨烯浓度高时，光脉冲信号幅值基本一致。由此表明，本发明提出的可调谐阈值的光学限幅器能够对幅值不同的光信号进行整形，并且通过调节圆形光学腔中氧化石墨烯浓度，改变整形效果。

[0034] 综上所述，本发明的一种可调谐阈值的光学限幅器，通过注射泵把具有非线性材料氧化石墨烯乙醇溶液和乙醇分别通过液体注入件1 的Y型管道的2个口注入，通过改变两者速度比值，氧化石墨烯乙醇溶液到达圆形光学腔的浓度就会发生变化，光学非线性吸收就发生变化，相应的光学阈值就会产生。

[0035] 以上所述仅是本发明的实施方式的举例，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。