[發明專利]一種基于石墨烯的鎖模激光器

在審

• 申請號: 201410562235.X
• 申請日: 2014-10-22
• 公開（公告）號: CN104242046A
• 公開（公告）日: 2014-12-24
• 發明（設計）人: 潘淑娣;孔偉金;劉建華;葛曉輝
• 申請（專利權）人: 青島大學
• 主分類號: H01S3/16
• 分類號: H01S3/16;H01S3/098
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及鎖模激光器，是一種以石墨烯為可飽和吸收體的鎖模激光器，尤其是一種將石墨烯置于激光增益內部的鎖模激光器。

背景技術：

2004年，英國曼切斯特大學的A.Geim和K.Nonoselov教授用塑料膠帶粘住石墨薄片的兩側并快速撕開而成功地得到了一個原子厚度的石墨片，即石墨烯(graphene)，兩人因此獲得2010年的諾貝爾物理學獎。石墨烯是由單層碳原子以六邊形蜂窩狀排列的二維材料，單層石墨烯片的厚度僅為一個碳原子的厚度。石墨烯具有非比尋常的力熱電光特性，在晶體管、超高速計算機、納米生物材料等領域具有廣闊的應用前景。近年的研究還發現石墨烯具有寬帶可飽和吸收、超快飽和弛豫時間等優異的光電特性，在超快激光領域極具應用前景。描述可飽和吸收體的特征參量包括飽和通量、調制深度、非飽和損耗、恢復時間、吸收帶寬等，這些動力學參量決定了超短脈沖的產生、形成和穩定性。對于石墨烯來說，這些特征參量值的大小可以通過它的層數來調節，例如：單層石墨烯對可見光的非飽和吸收率為2.3％，且每增加一層，其吸收率就增加2.3％；三層石墨烯的的非線性調制深度大約66.5％，且隨層數的不同而改變。迄今為止，石墨烯已經在半導體激光器、全固態激光器、光纖激光器和波導激光器中實現了鎖模調制。人們采用機械剝離法、外延生長法、氧化還原法、或者CVD化學氣相沉積法等制備出石墨烯片，將這些石墨烯片敷在玻璃或者金屬襯底上制備出石墨烯吸收體，再將這塊石墨烯吸收體置于激光諧振腔中，與激光增益晶體和泵浦光源組成鎖模激光器，從而獲得鎖模脈沖激光。在這些鎖模激光器中，石墨烯可飽和吸收體和激光增益晶體是兩個相互分離的器件，分別處于激光諧振腔中的不同位置。

發明內容：

本發明要解決的問題是：將石墨烯可飽和吸收體和激光增益晶體組成為一個整體，晶體中的激活離子決定激光波長，而石墨烯則對該激光振蕩進行鎖模調制，這樣的結構會導致鎖模激光器的效率提高、結構緊湊體積小。

本發明的技術方案為：首先將石墨烯片摻雜在激光增益晶體中，制備出石墨烯-激光增益晶體，其中的石墨烯片平面與晶體的通光方向相互垂直；然后將該晶體與泵浦光源、耦合系統和激光諧振腔組成鎖模激光器。

本發明的裝置包括泵浦光源、耦合系統、石墨烯-激光增益晶體、激光諧振腔。

附圖說明：

圖1為本發明的結構示意圖，泵浦光源1、耦合系統2、石墨烯-激光增益晶體4、輸入鏡3、輸出鏡5；所述的輸入鏡3和輸出鏡5組成激光器的諧振腔；所述石墨烯-激光增益晶體4中的石墨烯片數目為3片；泵浦光源1發出的光依次經過耦合系統2、輸入鏡3，石墨烯-激光增益晶體4、輸出鏡5；石墨烯-激光增益晶體中的激活離子輻射激光光波，石墨烯對輻射的激光光波進行鎖模調制；從輸出鏡5獲得鎖模激光脈沖；該裝置不僅可以用于鎖模激光，也可以用于調Q激光。

圖2為本發明實施例2的結構示意圖。

具體實施方式：

實施例1：

如圖1制作一臺10GHz重復頻率的1064nm的全固態鎖模激光器，泵浦光源為1為波長808nm的半導體激光器，石墨烯-激光增益晶體4為graphene/Nd：YVO₄晶體，其中三片石墨烯片疊放在Nd：YVO₄中，每片石墨烯片的面積為3*3mm；晶體的尺寸為3*3*6m，通光面鍍膜HT808nm&1064nm；輸入鏡3為曲率半徑為30mm的凹面鏡，膜鍍HT808nm&HR1064nm；輸出鏡5為平面鏡，鍍膜T＝3％1064nm；輸入鏡3與輸出鏡5之間的距離為15mm；由輸出鏡5可以獲得重復頻率為10GHz的1064nm鎖模激光脈沖。

按照實施例1制作的1064nm全固態鎖模激光器，石墨烯-激光增益晶體還可以是graphene-Nd：YAG或graphene-Nd：GdVO₄等其它輻射1064nm波長的晶體；石墨烯片的數目還可以根據需要進行改變；輸出鏡的鍍膜參數還可以根據需要進行調節。

實施例2：