[發明專利]單手性單壁碳納米管飽和吸收的紅光脈沖固體激光器及工作方法

有效

• 申請號: 202011055545.4
• 申請日: 2020-09-30
• 公開（公告）號: CN112234421B
• 公開（公告）日: 2021-12-28
• 發明（設計）人: 劉善德;崔娜;趙雨晴;陳波;張寧
• 申請（專利權）人: 山東科技大學
• 主分類號: H01S3/0933
• 分類號: H01S3/0933;H01S3/08;H01S3/11
• 代理公司: 青島智地領創專利代理有限公司 37252
• 代理人: 陳海濱

本發明涉及激光技術領域，提供一種單手性(7，5)單壁碳納米管飽和吸收的紅光脈沖固體激光器及工作方法，該紅光脈沖固體激光器由半導體激光二極管泵浦源、光聚焦耦合系統、激光諧振腔、激光增益介質和Q調制器件組成，其中半導體激光二極管泵浦源為GaN藍光二極管，激光增益介質為Pr³⁺:YLF晶體，Q調制器件為單手性(7，5)單壁碳納米管飽和吸收體，對應吸收峰在640nm處。在激光顯示技術領域，相比于傳統的1.3μm倍頻紅光激光器，本發明中紅光脈沖固態激光器更具備結構簡單、緊湊，輸出穩定、高效，成本低以及易于小型化和便捷化等優點。

技術領域

本發明涉及激光技術領域，具體涉及單手性單壁碳納米管飽和吸收的紅光脈沖固體激光器及工作方法。

背景技術

激光顯示技術因具備色純度高、顯示畫面尺寸靈活多變、色域寬以及無有害電磁輻射等優點，而被廣泛應用于數碼影院、公眾信息大屏幕、教學演示以及虛擬現實模擬等眾多領域。三基色激光器作為激光顯示技術的關鍵部分，成為激光技術領域的研究熱點。相比于成熟的綠光激光器、功率要求較小的藍光激光器，高穩定性、結構緊湊、高功率的紅光激光器成為研究的重點。最常用的產生紅色激光的傳統方式是1.3μm倍頻激光器：利用激光二極管泵浦摻釹晶體(Na:YAG、Nd:YVO₄、Nd:YAP、Nd:GdVO₄等)產生1.3μm波段基頻光，再利用LBO、KTP非線性晶體或PPLN、PPLT等光學超晶格材料對1.3μm基頻光進行倍頻進而獲得中心波長為670nm的紅光激光輸出。盡管近紅外波段的激光材料與泵浦技術比較成熟，但是這種方式輸出效率仍受限于非線性晶體材料，對于非線性晶體材料的鍍膜以及切割工藝等要求高，且在倍頻過程易受實驗環境、晶體切角以及激光線寬等諸多因素的影響，不具備高穩定性；除此之外，倍頻激光器復雜而龐大的結構、高昂的成本，不利于其小型化與商業化。

2004年，A.rchter和E.Heumann首次采用中心波長為442nm的GaN激光二極管(LD)泵浦Pr³⁺:YLF晶體，獲得639.7nm的紅光激光輸出，效率達到24％。當時由于GaN二極管輸出功率僅有25mW，使最終輸出功率僅有1.8mW。但GaN激光二極管與Pr³⁺:YLF晶體的良好增益帶寬匹配帶來激光器的高能量轉換效率。近些年來，GaN藍光激光二極管迅速發展，其輸出功率最高可達5W，以GaN藍光LD直接泵浦的摻Pr離子晶體全固態激光器也隨之迅速發展起來，這種全固態激光器不僅結構單元少、結構緊湊、成本低，而且具備高能量轉化效率，高輸出穩定性以及優良光斑質量等優點。如今連續紅光全固體激光器日益成熟，但為追求更加穩定與更高光功率密度的紅色激光器，紅光激光器的探索已經轉向紅光脈沖激光器研究。被動Q調制方式是實現脈沖激光器的重要方法之一，相比于主動Q調制方式，它因具有結構簡單緊湊，無需外部電路與插件，成本低廉，易于產生高穩定性以及高功率脈沖激光的優點而被廣泛應用。Q調制器件作為被動Q調制方式的核心部件，直接影響著脈沖激光的輸出性能，因此探索具有優異光電特性的Q調制材料，如高三階非線性系數，高載流子遷移速率以及超快的弛豫時間等，一直是激光技術領域的熱點。

碳作為地球生命之源，作為構成一切有機生命體的骨架元素，它所具有多樣的電子軌道特性(SP，SP²，SP³軌道雜化)與SP²軌道異向化，使以碳元素為唯一元素的同素異形體具有結構的各向異性以及性質的多種多樣性。加之，碳材料對于人體無毒無害特性使其一直備受研究者們的青睞。2004年英國兩位科學家利用機械剝離法成功制備新型二維碳材料-石墨烯，石墨烯就以其優異的光學、電學、熱力學等特性成為各個領域的“明星”材料。其中，石墨烯所具有超寬光譜的光學響應，超高載流子遷移率以及超快的載流子恢復時間等特性展現其作為光調制材料的潛力并迅速成功應用到紅光脈沖激光器中。然而，寬光譜吸收所帶來的紅光波段弱吸收限制高功率的紅光脈沖激光輸出。