[发明专利]一种基于石墨烯的可饱和吸收镜及制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及用于锁模激光器的光学器件，具体涉及一种基于石墨烯的可饱和吸收镜及制造方法。

背景技术

超短脉冲在光纤通信、超快光学、光纤传感、工业加工、光信息处理、激光制导、医疗、惯性约束快点火等领域都有着重要的应用，近年来引起人们的广泛研究。可饱和吸收体是被动锁模激光器用来实现超短脉冲的常用方法之一。可饱和吸收体实现锁模的基本机制：当光脉冲通过这种吸收体时，其边翼部分的损耗大于中央部分的损耗，其强度足以使吸收体饱和，结果光脉冲在通过吸收体的过程中被窄化了。

传统的可饱和吸收体主要有：染料、色心晶体、半导体可饱和吸收镜（SESAM），单壁碳纳米管（SWCNT）等，但各自都有各自的缺陷。2004年石墨烯的发现，为人们带来了新的作为可饱和吸收体的材料，不仅具有吸收强度低、超快速的恢复时间、调制深度可调，而且由于特有的零带隙结构特点，饱和吸收特性与波长无关，这些良好的特性弥补了上述几种可饱和吸收体材料的不足。与半导体可饱和吸收镜类似，人们已经设计出了多种基于石墨烯的可饱和吸收镜，并且可行性已经得到了验证。

现在已有的基于石墨烯的可饱和吸收镜结构主要有将石墨烯转移到金膜高反镜上的和将石墨烯转移到二氧化硅/二氧化钛多层膜高反镜两种。

经文献检索发现：Low-loss flake-graphene saturable absorber mirror for laser mode-lockingat sub-200fs pulse duration，B.V.Cunning,C.L.Brown,and D.Kielpinski,Appl.Phys.Lett.99,261109,2011.（低损耗片装石墨烯可饱和吸收镜产生脉宽小于200fs的锁模脉冲，B.V.Cunning,C.L.Brown,and D.Kielpinski,应用物理快报，第99卷，第26期，第11章节第9篇，2011年）一文报道了一种将石墨片置于溶液中进行声波降解，并进行离心处理，得到片状石墨烯的悬浮液，然后将得到的片状石墨烯转移到在具有原子级别平整度的硅表面通过溅射法镀上250nm的金膜而得到的反射镜上，从而得到了一种片状石墨烯的可饱和吸收镜（flake-graphene saturableabsorber mirror,FG-SAM），作者利用这个可饱和吸收镜实现了190fs，42.8MHz的锁模脉冲。Graphene saturable absorber mirrorfor ultrafast -pulse solid-state laser,Jin-Long Xu,Xian-Lei,Optics Letters,Vol.36,Issue10,pp.1948-1950,2011.（应用于超快脉冲固态激光器的石墨烯可饱和吸收镜，Jin-Long Xu,Xian-Lei，光学快报,第36卷，第10期，1948-1950页，2011年）一文报道了利用将石墨片置于溶液中利用超声波剥离得到石墨烯薄膜，接着通过过滤沉淀等步骤得到石墨烯的悬浮液，然后将悬浮液旋涂在以BK7玻璃为基底并覆盖多层折射率差较大的二氧化硅/二氧化钛层得到的高反射镜上，烘干后得到石墨烯可饱和吸收镜，并在固体激光器中实现了16ps，脉冲功率8.4nJ的锁模脉冲。

但这两种方法都有以下共同的缺点：1.石墨烯悬浮液的制作过程复杂繁琐；2.石墨烯均一性差，旋涂在反射镜上的方法难以确保反射镜上均已覆盖了石墨烯，石墨烯覆盖的均匀性很难保证，有些地方是单层有些地方是多层的；3.这两种可饱和吸收镜的石墨烯中可能会有部分溶解液的残留；4.二者都不适合大规模的制备。同时，也有各自的缺点：250nm的金膜反射镜成本较高且对硅基底的表面平整度要求较高；二氧化硅/二氧化钛多层结构高反镜制作相对复杂一些。

因此，本领域的技术人员致力于开发一种制造工艺简单，能大规模制造的可饱和吸收镜。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种工艺简单能大规模制造的可饱和吸收镜及制造方法。

为实现上述目的，本发明提供了一种基于石墨烯的可饱和吸收镜的制造方法。具体通过以下技术方案实现：

一种基于石墨烯的可饱和吸收镜的制造方法，包括以下步骤：

（1）在10cm*10cm的大面积基底上生长石墨烯；

（2）在所述石墨烯表面镀一层二氧化硅保护层，得到基底-石墨烯-二氧化硅层；

（3）将所述基底-石墨烯-二氧化硅层切割成2mm*2mm的小片；