[發明專利]基于石墨烯的反射型可飽和吸收體及制備方法

有效

• 申請號: 201310312516.5
• 申請日: 2013-07-23
• 公開（公告）號: CN103368059A
• 公開（公告）日: 2013-10-23
• 發明（設計）人: 鄭燃;義理林;李偉雄;胡衛生
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: H01S3/11
• 分類號: H01S3/11;G02F1/35;B82Y20/00
• 代理公司: 上海旭誠知識產權代理有限公司 31220
• 代理人: 鄭立

技術領域

本發明涉及激光光學器件，尤其涉及一種反射型可飽和吸收體及制備方法。

背景技術

超短脈沖在光纖通信、超快光學、光纖傳感、工業加工、光信息處理、激光制導、醫療、慣性約束快點火等領域都有著重要的應用，近年來引起人們的廣泛研究。可飽和吸收體是被動鎖模激光器用來實現超短脈沖的常用方法之一。可飽和吸收體實現鎖模的基本機制：當光脈沖通過這種吸收體時，其邊翼部分的損耗大于中央部分的損耗，其強度足以使吸收體飽和，結果光脈沖在通過吸收體的過程中被窄化了。

目前的可飽和吸收體主要有：染料、色心晶體、半導體可飽和吸收鏡（SESAM），單壁碳納米管（SWCNT）等，但各自都有各自的缺陷。染料和色心晶體常用于固體激光器中，難以在光纖鎖模激光器中應用。半導體可飽和吸收鏡是在布拉格反射鏡上生長一層半導體飽和吸收體得到。雖然這種可飽和吸收體是目前最常用的，但其工作波長、調制深度、飽和強度與半導體材料、以及材料的生長條件、厚度等都有關系，制作工藝復雜，工作波長范圍窄，調制深度很難調整。單壁碳納米管吸收光波長由管徑和手性決定，包含金屬型管和半導體型管，而且不易分散，不利于制備可飽和吸收體。

2004年石墨烯的發現，為人們帶來了新的作為可飽和吸收體的材料，不僅具有吸收強度低、超快速的恢復時間、調制深度可調，而且由于特有的零帶隙特點，飽和吸收特性與波長無關，這些良好的特性彌補了上述幾種可飽和吸收體材料的不足。

然而，現在已有的基于石墨烯的可飽和吸收體結構主要有附著于光纖端面的、附著在側面剖磨光纖的、附著在拉錐光纖錐區的三種。

經文獻檢索發現,Atomic-Layer?Graphene?as?a?Saturable?Absorber?for?Ultrafast?Pulsed?Lasers,Q.Bao,H.Zhang,Y.Wang,Z.Ni,Y.Yan,Z.X.Shen,K.P.Loh,and?D.Y.Tang,Adv.Funct.Mater.19,3077(2009).（單層石墨烯作為可飽和吸收體實現超短脈沖，Q.Bao,H.Zhang,Y.Wang,Z.Ni,Y.Yan,Z.X.Shen,K.P.Loh,and?D.Y.Tang,先進功能材料，第19卷，19期，第3077頁，2009年）一文首次介紹了將單層石墨烯附著在光纖端面作為可飽和吸收體來實現通信波段756fs的鎖模脈沖。Graphene?mode-lockers?for?fiber?lasers?functioned?with?evanescentfield?interaction,Y.W.Song,S.Y.Jang,W.S.Han,and?M.K.Bae,Appl.Phys.Lett.96,051122(2010)（石墨烯與消逝場作用的鎖模激光器，Y.W.Song,S.Y.Jang,W.S.Han,and?M.K.Bae,應用物理快報，第96卷，第5期，第11章，第22篇，2010年）一文介紹了一種石墨烯懸浮液旋涂在側面剖磨光纖中作為被動鎖模激光器可飽和吸收體來實現鎖模。Evanescent-Light?Deposition?of?Graphene?Onto?Tapered?Fibers?for?Passive?Q-Switch?and?Mode-Locker,J.Wang,Z.Luo,M.Zhou,C.Ye,H.Fu,Z.Cai,H.Cheng,H.Xu,and?W.Qi,IEEE?Photon.J.4(5),1295–1305(2012)（拉錐光纖消逝場光沉積石墨烯用于被動Q開關和鎖模，J.Wang,Z.Luo,M.Zhou,C.Ye,H.Fu,Z.Cai,H.Cheng,H.Xu,and?W.Qi,光子學雜志，第4卷第5期，第1295-1305頁，2012年）介紹了利用石墨烯聚合物液滴將石墨烯附著于拉錐光纖錐區作為可飽和吸收體，并實現了鎖模。

但這三種也都具有各自的缺點：附著于光纖端面型的，石墨烯薄膜往往去除PMMA（聚甲基丙烯酸甲酯）困難，PMMA的存在就限制了光場的強度，因為高光場強度容易損壞附著有PMMA石墨烯薄膜，此外，這種結構還具有容易破損、石墨烯薄膜易脫落、且不能大規模生產等顯著的缺點。附著于側面剖磨光纖的同樣難以去除PMMA，會影響其石墨烯的可飽和吸收性。附著于拉錐光纖錐區的石墨烯混亂地附著在錐區，均勻性差，會增強光的散射，而且功率較大時容易導致能量聚集在某一點而燒壞光纖。

因此，本領域的技術人員致力于開發一種不含PMMA且結構簡單、性能穩定的石墨烯可飽和吸收體。

發明內容