[发明专利]基于石墨烯的反射型可饱和吸收体及制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及激光光学器件，尤其涉及一种反射型可饱和吸收体及制备方法。

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。

目前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。染料和色心晶体常用于固体激光器中，难以在光纤锁模激光器中应用。半导体可饱和吸收镜是在布拉格反射镜上生长一层半导体饱和吸收体得到。虽然这种可饱和吸收体是目前最常用的，但其工作波长、调制深度、饱和强度与半导体材料、以及材料的生长条件、厚度等都有关系，制作工艺复杂，工作波长范围窄，调制深度很难调整。单壁碳纳米管吸收光波长由管径和手性决定，包含金属型管和半导体型管，而且不易分散，不利于制备可饱和吸收体。

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。

然而，现在已有的基于石墨烯的可饱和吸收体结构主要有附着于光纤端面的、附着在侧面剖磨光纤的、附着在拉锥光纤锥区的三种。

经文献检索发现,Atomic-Layer Graphene as a Saturable Absorber for Ultrafast Pulsed Lasers,Q.Bao,H.Zhang,Y.Wang,Z.Ni,Y.Yan,Z.X.Shen,K.P.Loh,and D.Y.Tang,Adv.Funct.Mater.19,3077(2009).（单层石墨烯作为可饱和吸收体实现超短脉冲，Q.Bao,H.Zhang,Y.Wang,Z.Ni,Y.Yan,Z.X.Shen,K.P.Loh,and D.Y.Tang,先进功能材料，第19卷，19期，第3077页，2009年）一文首次介绍了将单层石墨烯附着在光纤端面作为可饱和吸收体来实现通信波段756fs的锁模脉冲。Graphene mode-lockers for fiber lasers functioned with evanescentfield interaction,Y.W.Song,S.Y.Jang,W.S.Han,and M.K.Bae,Appl.Phys.Lett.96,051122(2010)（石墨烯与消逝场作用的锁模激光器，Y.W.Song,S.Y.Jang,W.S.Han,and M.K.Bae,应用物理快报，第96卷，第5期，第11章，第22篇，2010年）一文介绍了一种石墨烯悬浮液旋涂在侧面剖磨光纤中作为被动锁模激光器可饱和吸收体来实现锁模。Evanescent-Light Deposition of Graphene Onto Tapered Fibers for Passive Q-Switch and Mode-Locker,J.Wang,Z.Luo,M.Zhou,C.Ye,H.Fu,Z.Cai,H.Cheng,H.Xu,and W.Qi,IEEE Photon.J.4(5),1295–1305(2012)（拉锥光纤消逝场光沉积石墨烯用于被动Q开关和锁模，J.Wang,Z.Luo,M.Zhou,C.Ye,H.Fu,Z.Cai,H.Cheng,H.Xu,and W.Qi,光子学杂志，第4卷第5期，第1295-1305页，2012年）介绍了利用石墨烯聚合物液滴将石墨烯附着于拉锥光纤锥区作为可饱和吸收体，并实现了锁模。

但这三种也都具有各自的缺点：附着于光纤端面型的，石墨烯薄膜往往去除PMMA（聚甲基丙烯酸甲酯）困难，PMMA的存在就限制了光场的强度，因为高光场强度容易损坏附着有PMMA石墨烯薄膜，此外，这种结构还具有容易破损、石墨烯薄膜易脱落、且不能大规模生产等显著的缺点。附着于侧面剖磨光纤的同样难以去除PMMA，会影响其石墨烯的可饱和吸收性。附着于拉锥光纤锥区的石墨烯混乱地附着在锥区，均匀性差，会增强光的散射，而且功率较大时容易导致能量聚集在某一点而烧坏光纤。

因此，本领域的技术人员致力于开发一种不含PMMA且结构简单、性能稳定的石墨烯可饱和吸收体。

发明内容