一種基于石墨烯的鎖模激光器的制造方法
【專利摘要】一種基于石墨烯的鎖模激光器，包括泵浦光源、耦合系統(tǒng)、石墨烯-激光增益晶體、激光器諧振腔；所述石墨烯-激光增益晶體是將石墨烯摻雜在激光增益晶體中，并且石墨烯片平面與晶體的通光方向相互垂直；在泵浦光源的泵浦下，石墨烯-激光增益晶體中的激活離子輻射激光光波，摻雜在晶體中的石墨烯對(duì)該輻射激光光波進(jìn)行鎖模調(diào)制；本發(fā)明中的石墨烯-激光增益晶體將石墨烯與激光增益晶體相互結(jié)合，增大了鎖模激光的效率，同時(shí)使激光器結(jié)構(gòu)更加緊湊體積??；是一種新型的石墨烯鎖模激光器。
【專利說明】一種基于石墨烯的鎖模激光器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)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(nèi)部的鎖模激光器。

【背景技術(shù)】
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[0002]2004年,英國(guó)曼切斯特大學(xué)的A.Geim和K.Nonoselov教授用塑料膠帶粘住石墨薄片的兩側(cè)并快速撕開而成功地得到了一個(gè)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(xué)獎(jiǎng)。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(gè)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(jì)算機(jī)、納米生物材料等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。近年的研究還發(fā)現(xiàn)石墨烯具有寬帶可飽和吸收、超快飽和弛豫時(shí)間等優(yōu)異的光電特性，在超快激光領(lǐng)域極具應(yīng)用前景。描述可飽和吸收體的特征參量包括飽和通量、調(diào)制深度、非飽和損耗、恢復(fù)時(shí)間、吸收帶寬等，這些動(dòng)力學(xué)參量決定了超短脈沖的產(chǎn)生、形成和穩(wěn)定性。對(duì)于石墨烯來說，這些特征參量值的大小可以通過它的層數(shù)來調(diào)節(jié)，例如:單層石墨烯對(duì)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(diào)制深度大約66.5%，且隨層數(shù)的不同而改變。迄今為止，石墨烯已經(jīng)在半導(dǎo)體激光器、全固態(tài)激光器、光纖激光器和波導(dǎo)激光器中實(shí)現(xiàn)了鎖模調(diào)制。人們采用機(jī)械剝離法、外延生長(zhǎng)法、氧化還原法、或者CVD化學(xué)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(gè)相互分離的器件，分別處于激光諧振腔中的不同位置。


【發(fā)明內(nèi)容】

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[0003]本發(fā)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(gè)整體，晶體中的激活離子決定激光波長(zhǎng)，而石墨烯則對(duì)該激光振蕩進(jìn)行鎖模調(diào)制，這樣的結(jié)構(gòu)會(huì)導(dǎo)致鎖模激光器的效率提高、結(jié)構(gòu)緊湊體積小。
[0004]本發(fā)明的技術(shù)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(tǒng)和激光諧振腔組成鎖模激光器。
[0005]本發(fā)明的裝置包括泵浦光源、耦合系統(tǒng)、石墨烯-激光增益晶體、激光諧振腔。

【專利附圖】

【附圖說明】
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[0006]圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖，泵浦光源1、耦合系統(tǒng)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(shù)目為3片；泵浦光源I發(fā)出的光依次經(jīng)過耦合系統(tǒng)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(duì)輻射的激光光波進(jìn)行鎖模調(diào)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(diào)Q激光。
[0007]圖2為本發(fā)明實(shí)施例2的結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實(shí)施方式】
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[0008]實(shí)施例1:
[0009]如圖1制作一臺(tái)1GHz重復(fù)頻率的1064nm的全固態(tài)鎖模激光器，泵浦光源為I為波長(zhǎng)808nm的半導(dǎo)體激光器,石墨烯-激光增益晶體4為graphene/Nd:YV04晶體,其中三片石墨稀片置放在Nd:YV04中，每片石墨稀片的面積為3*3mm ；晶體的尺寸為3*3*6m,通光面鍍膜HT@808nm&1064nm ;輸入鏡3為曲率半徑為30mm的凹面鏡，膜鍍HT@808nm&HR@1064nm ；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(fù)頻率為1GHz的1064nm鎖模激光脈沖。
[0010]按照實(shí)施例1制作的1064nm全固態(tài)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等其它福射1064nm波長(zhǎng)的晶體；石墨烯片的數(shù)目還可以根據(jù)需要進(jìn)行改變；輸出鏡的鍍膜參數(shù)還可以根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)節(jié)。
[0011]實(shí)施例2:
[0012]如圖2制作一臺(tái)1342nm側(cè)面泵浦的200MHz鎖模激光器，泵浦光源2為波長(zhǎng)880nm半導(dǎo)體激光器，石墨烯-激光增益晶體3為graphene-Nd:YAG, 9片石墨烯片疊放在Nd:YAG中，每片石墨烯片的面積為3*3mm ;晶體尺寸為3*3*6m，通光面鍍膜HT@880nm&1342nm ;腔鏡1、腔鏡4和腔鏡5組成激光器的諧振腔；腔鏡I的曲率半徑為100_，腔鏡4的曲率半徑為200mm，腔鏡I和腔鏡4鍍膜為HT@880nm&HR@1342nm ;腔鏡5為平面鏡，鍍膜為T = 10%il342nm ;腔鏡I與腔鏡4之間的距離為615mm，腔鏡4與腔鏡5之間的距離為135mm ;由腔鏡5可以獲得重復(fù)頻率為200MHz的鎖模1342nm脈沖激光。
[0013]按照實(shí)施例2制作的200MHz重復(fù)頻率1342nm鎖模激光器，激光增益晶體還可以是graphene-Nd:YV04> graphene-Nd =GdVO4,或者其它福射1342nm波長(zhǎng)的晶體；石墨烯的層數(shù)還可以是其它數(shù)值；激光器諧振腔還可以根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行設(shè)計(jì)。
【權(quán)利要求】
1.一種基于石墨烯的鎖模激光器，其特征是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，并且石墨烯片平面與晶體的通光方向相互垂直；然后將石墨烯-激光增益晶體與泵浦光源、耦合系統(tǒng)和激光器諧振腔組成鎖模激光器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于石墨烯的鎖模激光器，其特征是石墨烯片可以是單層的，也可以是多層的。
3.根據(jù)權(quán)利要求1、2所述的一種基于石墨烯的鎖模激光器，其特征是激光器諧振腔的結(jié)構(gòu)可以根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行設(shè)計(jì)，可以是任意結(jié)構(gòu)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3所述的一種基于石墨烯的鎖模激光器，不僅可以用于實(shí)現(xiàn)鎖模激光，也可以用于實(shí)現(xiàn)調(diào)Q激光。
【文檔編號(hào)】H01S3/098GK104242046SQ201410562235
【公開日】2014年12月24日 申請(qǐng)日期:2014年10月22日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月22日
【發(fā)明者】潘淑娣, 孔偉金, 劉建華, 葛曉輝 申請(qǐng)人:青島大學(xué)