[發明專利]一種石墨烯量子點摻雜氧化鎵晶體固體激光器

在審

• 申請號: 201811100436.2
• 申請日: 2018-09-20
• 公開（公告）號: CN109273977A
• 公開（公告）日: 2019-01-25
• 發明（設計）人: 沈榮存
• 申請（專利權）人: 南京同溧晶體材料研究院有限公司
• 主分類號: H01S3/0941
• 分類號: H01S3/0941;H01S3/094;H01S3/106;H01S3/16;C30B29/16
• 代理公司: 南京中律知識產權代理事務所(普通合伙) 32341
• 代理人: 沈振濤

本發明提供的一種石墨烯量子點摻雜氧化鎵晶體固體激光器，包括金屬熱沉、諧振腔、側面LD泵浦源以及依次設置的端面LD泵浦源、耦合單元、輸入鏡、增益介質、聲光晶體、輸出鏡；所述聲光晶體為石墨烯量子點摻雜氧化鎵晶體材料；所述石墨烯量子點摻雜氧化鎵晶體材料包括β?Ga₂O₃基質材料，以及摻雜質量分數0.005％～0.03％的石墨烯量子點。該固體激光器采用石墨烯量子點摻雜氧化鎵晶體作為激發晶體，導電性能佳，耐受程度高，具有較寬的發射光譜，具有較高的熱導率，有利于實現高能量的激光輸出，可作高效激光的超快激光晶體及可調諧激光增益介質使用。

技術領域

本發明涉及激光設備領域，特別一種石墨烯量子點摻雜氧化鎵晶體固體激光器。

背景技術

熱效應會導致熱退偏、熱致衍射損耗等問題，嚴重影響激光器的輸出功率、轉換效率以及光束質量等主要性能指標，嚴重時甚至引起增益介質的損壞，是高功率激光器性能的最主要限制因素。為緩解熱效應帶來的影響，相關領域的技術人員通過采用板條、DISK和光纖等形式的增益介質，增加增益介質的表面積體積比，大幅提高散熱效率，從而極大地推進了激光器的功率輸出能力。與板條和DISK激光器相比，光纖激光器具有如下幾方面的優勢：其泵浦結構較為簡單；光纖本身的結構對于模式的限制作用使之在光束質量方面也存在明顯優勢；能夠采用光纖耦合輸出，應用環境適應性很好；基于這些優點，光纖激光器已成為高功率激光器的主要發展方向之一。

然而，高功率光纖激光器發展的一個明顯障礙在于，目前廣泛用作有源光纖基質的石英玻璃導熱系數很小，僅為1.4-1.6W m-1K-1，小導熱系數對散熱帶來巨大的不利影響，因此光纖激光器高功率運轉時仍然對于制冷有較高的要求，也限制了其功率的繼續提升。對于單晶激光增益介質而言，常用的激光晶體釔鋁石榴石(YAG)晶體導熱系數～14Wm-1K-1，鋁酸釔(YAP)晶體的導熱系數也超過～11Wm-1K-1，高于石英玻璃數倍；因此，可考慮采用單晶作為有源光纖的基質，利用其高導熱系數改善光纖本身的散熱性能，降低系統對于制冷的要求，簡化系統的復雜性，提升激光器的功率和光束質量等輸出性能指標。

β-Ga₂O₃是一種直接帶隙寬禁帶半導體材料，禁帶寬度約為4.8～4.9eV。它具有禁帶寬度大、飽和電子漂移速度快、熱導率高、擊穿場強高、化學性質穩定等諸多優點，從深紫外(DUV)到紅外區域(IR)都是透明的，與傳統透明導電材料(TCOs)相比，可以制備波長更短的新一代半導體光電器件。

一般情況下，純的β-Ga₂O₃由于在生長時形成氧空位會變為n型半導體，但導電性較弱，其電阻率一般在200Ω·cm以上。為了提高β-Ga₂O₃的n型導電能力，目前主要通過摻雜IIIA族、IVA族以及IVB族的Si，Sn和Ti等離子來實現，但由于摻雜濃度及生長技術的限制，目前IIIA族、IVA族以及IVB族單摻雜對導電性的提高有限。為了實現氧化鎵材料在光電子器件方面的應用，尋找更好的摻雜方式，從而進一步提高氧化鎵晶體的導電性，具有重要的應用價值。

石墨烯量子點是二維尺寸小于100納米的石墨烯，因為量子效應和邊界效應，表現出優異的光電子學和熱學性質。

發明內容

技術問題：為了解決現有技術的缺陷，本發明提供了一種石墨烯量子點摻雜氧化鎵晶體固體激光器。