[發明專利]被動調Q微片激光器

無效

• 申請號: 201110359927.0
• 申請日: 2011-11-14
• 公開（公告）號: CN102420385A
• 公開（公告）日: 2012-04-18
• 發明（設計）人: 王璞;曹鐿;劉江
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: H01S3/08
• 分類號: H01S3/08;H01S3/06;H01S3/042
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 劉萍

技術領域

本發明涉及激光器領域，尤其涉及微片式結構被動調Q激光器與新型可飽和吸收體材料——石墨烯、碳納米管。

背景技術

全固化被動調Q微片激光器結構簡單緊湊易維護，特別是其毫米量級的極短腔長可實現單頻和高峰值功率脈沖激光輸出，有著較高的倍頻效率。這些特點使得被動調Q微片激光器在科學研究、工業加工、生物醫學、軍事探測等領域獲得了廣泛應用。目前LD泵浦的被動調Q微片激光器已可實現脈寬皮秒至納秒量級、重頻千赫茲量級、峰值功率千瓦量級的脈沖輸出。被動調Q微片激光器多使用Cr⁴⁺:YAG等晶體作為可飽和吸收體，亦有使用半導體可飽和吸收鏡(SESAM)的報道。前者即便采用鍵合的Cr⁴⁺:YAG/Nd:YAG晶體，仍存在激光腔長不易控制的問題，而且此類晶體的摻雜工藝要求嚴格，損傷閾值也不理想。

作為一種新型材料，石墨烯及碳納米管有著優異的電學、光學和力學特性，在高性能電子器件、傳感探測、信息存儲、復合材料等領域具有重要的潛在應用價值。石墨烯及碳納米管對多波長激光有可觀的光限幅作用，特別是原子層級的石墨烯材料能夠實現從可見光到中紅外波段的可飽和吸收，使其在激光器制造與應用方面有著非同尋常的重要意義。隨著石墨烯、碳納米管材料大規模生產制備技術的提高與成熟，利用其作可飽和吸收體將十分有利于降低脈沖激光器工藝難度和生產成本，有望替代現有的激光脈沖被動調制器件。

發明內容

本發明的目的是利用納米量級厚度石墨烯或碳納米管材料作可飽和吸收體，實現結構簡單緊湊的三明治型全固化微片激光器及其不同波長的被動調Q。

為實現上述目的，本發明采用以下技術方案：

微片激光器包括激光增益介質、石墨烯或碳納米管可飽和吸收體、光學元件以及LD泵浦裝置。將納米量級厚度的石墨烯或碳納米管可飽和吸收體緊密夾貼于激光增益介質與光學元件之間，構成三明治結構。在激光增益介質與光學元件上鍍膜作前后腔鏡構成平行平面諧振腔或平凹腔。上述光學元件為溫度補償介質、倍頻晶體、波片、對振蕩波長通過的光學玻璃或晶體等器件，亦可是此類器件的組合。使用膠合、光膠或深化光膠等方法將各器件全固化。采用LD或光纖耦合輸出型LD對上述三明治結構微片激光器進行端面泵浦。所述的石墨烯或碳納米管可飽和吸收體含有石墨烯、氧化石墨烯、石墨烯聚合物、碳納米管中的一種或多種成分，可以直接生長在基質表面，可以制備為固體粉末或薄膜形式，也可以與PVC等溶劑混合制備成聚合物薄膜形式。

一種被動調Q的微片激光器，包括激光增益介質、石墨烯或碳納米管可飽和吸收體、光學元件或光學材料以及LD泵浦裝置；其特征在于：在增益介質泵浦端面鍍對泵浦光增透光學膜、或者對激光全反射或部分反射光學膜，或者同時鍍上述增透光學膜和反射光學膜；光學元件鍍對激光全反射或部分反射光學膜，利用增益介質和光學元件的鍍膜作前后腔鏡構成平平腔或平凹腔，將厚度0.5納米至5納米的石墨烯、碳納米管可飽和吸收體緊密夾貼于激光器增益介質與光學元件之間構成三明治結構。

所制備的石墨烯或碳納米管材料可飽和吸收體厚度為0.5納米至5納米；石墨烯可飽和吸收體中石墨烯材料的層數1至10層。

激光增益介質為Nd:YAG晶體、Nd:YVO₄晶體、Er:Yb:glass激光材料。

光學元件為溫度補償介質、倍頻晶體、波片、對振蕩波長通過的光學玻璃或晶體器件或材料，以及此類器件或材料的組合。

使用膠合、光膠或深化光膠的方法將微片激光器器件全固化為三明治結構。

使用LD直接端面泵浦，采用光纖耦合輸出LD經光學系統進行端面泵浦。

所述的一種被動調Q的微片激光器，其特征在于：依次包括LD泵浦源601、準直系統602、激光增益介質301與光學元件402將石墨烯或碳納米管可飽和吸收體201緊密夾貼在中間，構成的三明治結構；激光增益介質301泵浦端面鍍有對泵浦光增透并對激光全反射的光學膜，其與鍍有對激光部分反射光學膜的光學元件402作前后腔鏡構成平行平面諧振腔或平凹腔。