[实用新型]基于SiC衬底外延生长的石墨烯被动锁模激光器

说明书

技术领域

本实用新型涉及基于SiC衬底上外延生长的石墨烯作为可饱和吸收体用于激光器被动锁模，属于激光技术及其非线性光学领域。

背景技术

光纤激光器与其他类型激光器相比，具有效率高、体积小、光束质量好等优点，可广泛应用于光纤通讯、材料加工等领域。特别是高平均功率、高重复频率的被动锁模脉冲光纤激光器在精密激光微加工等领域具有无法比拟的优势。通常实现被动锁模的技术有半导体可饱和吸收镜(SESAM)、碳纳米管(SWNT)等技术。然而SESAM具有制作工艺复杂、生产成本高、可饱和吸收光谱范围相对较窄等不足。而SWNT与SESAM相比具有成本低廉、可饱和吸收光谱范围宽等优势，但是制作SWNT可饱和吸收体时其直径的不可控性，导致SWNT对某些特定的激光波长而言，增加了插入损耗，导致可饱和吸收效应不明显等问题。

石墨烯是由单层碳原子紧密堆积成二维蜂窝状晶格结构的一种碳质新材料，是构建其他维度碳质材料(如零维富勒烯、一维碳纳米管、三维石墨)的基本单元。2004年，英国曼彻斯特大学2位科学家安德烈·盖姆(Andre Geim)和康斯坦丁·诺沃肖罗夫(Konstantin Novoselov)首次通过机械剥离的方法从大块石墨上得到了这种纳米级的石墨烯薄片。石墨烯材料作为可饱和吸收体用于激光器锁模具有可饱和吸收的工作波段较宽，覆盖了从可见光到中红外的波长范围等优势，因此石墨烯材料其成为最具潜力的，有望将来替代SESAM的锁模器件。

目前制备石墨烯材料主要采用化学气相沉积法，化学分离法，SiC衬底外延生长法。SiC衬底外延法与化学气相沉积法和机械剥离法相比，生长的石墨烯具有更高的可重复性、更好的导热性和可操作性，因此SiC衬底外延法更适合大规模生产制造性能良好、层数可控的石墨烯，此外SiC本身就是一种性能优越的半导体材料，因此这种制备方法在技术上占有很大的优势。

实用新型内容

石墨烯材料作为可饱和吸收体用于激光器被动锁模具有结构简单、价格低廉以及可饱和吸收波段较宽等优势，而SiC衬底上外延生长石墨烯又具有更高的可重复性、更好的导热性和可操作性，因此SiC衬底外延法更适合大规模生产制造性能良好、层数可控的石墨烯；此外SiC本身就是一种性能优越的半导体材料，因此外延生长石墨烯的方法在技术上占有很大的优势。本实用新型采用SiC衬底上外延生长的石墨烯作为可饱和吸收体用于激光器被动锁模。石墨烯被动锁模的激光器可以实现高重复频率、高脉冲能量的超短脉冲输出，可以作为高功率超短脉冲激光器的种子源以及中红外激光器的泵浦源，也可应用于材料微加工等，有着广泛的应用前景。

为了实现上述目的，本实用新型采取了如下技术方案。

本实用新型结构包括泵浦源、波分复用器、掺杂光纤、激光分束器、单模光纤、环形器、SiC衬底、SiC衬底上外延生长的石墨烯、偏振控制器、激光后腔镜、光纤光栅、介质全反射镜和增益介质等。

所述的基于SiC衬底外延生长的石墨烯被动锁模激光器可以为环形腔结构的光纤激光器、线形腔结构的光纤激光器或者固体激光器。

一种基于SiC衬底外延生长的石墨烯锁被动模激光器，泵浦源1连接波分复用器2的泵浦输入端；波分复用器2的公共端连接掺杂光纤3；掺杂光纤3的另一端连接激光分束器4；激光分束器4有两路输出，一路直接输出激光，另一路通过单模光纤5连接至环形器6的一个输入端；SiC衬底7上生长的石墨烯8位于环形器6的公共端；环形器6的输出端连接偏振控制器9；偏振控制器9的另一端连接波分复用器2的信号端；所述的波分复用器2、掺杂光纤3、激光分束器4、单模光纤5、环形器6、SiC衬底7、偏振控制器9构成环形腔结构的超快光纤激光器，SiC衬底7上生长的石墨烯8作为激光锁模装置，锁模脉冲激光从激光分束器4和SiC衬底7输出。

一种基于SiC衬底外延生长的石墨烯锁被动模激光器，泵浦源1连接波分复用器2的泵浦输入端；波分复用器2的公共端连接掺杂光纤3；掺杂光纤3的另一端通过单模光纤5连接环形器6的一个输入端；作为激光输出镜的SiC衬底7上生长的石墨烯8位于环形器6的公共端；环形器6的另一个输出端连接偏振控制器9；偏振控制器9的另一端连接波分复用器2的信号端；所述的波分复用器2、掺杂光纤3、单模光纤5、环形器6、SiC衬底7、偏振控制器9构成环形腔结构的超快光纤激光器，SiC衬底7上生长的石墨烯8作为激光锁模装置，锁模脉冲激光从SiC衬底7输出。