[发明专利]一种基于石墨烯的锁模激光器

说明书

技术领域

本发明涉及锁模激光器，是一种以石墨烯为可饱和吸收体的锁模激光器，尤其是一种将石墨烯置于激光增益内部的锁模激光器。

背景技术：

2004年，英国曼切斯特大学的A.Geim和K.Nonoselov教授用塑料胶带粘住石墨薄片的两侧并快速撕开而成功地得到了一个原子厚度的石墨片，即石墨烯(graphene)，两人因此获得2010年的诺贝尔物理学奖。石墨烯是由单层碳原子以六边形蜂窝状排列的二维材料，单层石墨烯片的厚度仅为一个碳原子的厚度。石墨烯具有非比寻常的力热电光特性，在晶体管、超高速计算机、纳米生物材料等领域具有广阔的应用前景。近年的研究还发现石墨烯具有宽带可饱和吸收、超快饱和弛豫时间等优异的光电特性，在超快激光领域极具应用前景。描述可饱和吸收体的特征参量包括饱和通量、调制深度、非饱和损耗、恢复时间、吸收带宽等，这些动力学参量决定了超短脉冲的产生、形成和稳定性。对于石墨烯来说，这些特征参量值的大小可以通过它的层数来调节，例如：单层石墨烯对可见光的非饱和吸收率为2.3％，且每增加一层，其吸收率就增加2.3％；三层石墨烯的的非线性调制深度大约66.5％，且随层数的不同而改变。迄今为止，石墨烯已经在半导体激光器、全固态激光器、光纤激光器和波导激光器中实现了锁模调制。人们采用机械剥离法、外延生长法、氧化还原法、或者CVD化学气相沉积法等制备出石墨烯片，将这些石墨烯片敷在玻璃或者金属衬底上制备出石墨烯吸收体，再将这块石墨烯吸收体置于激光谐振腔中，与激光增益晶体和泵浦光源组成锁模激光器，从而获得锁模脉冲激光。在这些锁模激光器中，石墨烯可饱和吸收体和激光增益晶体是两个相互分离的器件，分别处于激光谐振腔中的不同位置。

发明内容：

本发明要解决的问题是：将石墨烯可饱和吸收体和激光增益晶体组成为一个整体，晶体中的激活离子决定激光波长，而石墨烯则对该激光振荡进行锁模调制，这样的结构会导致锁模激光器的效率提高、结构紧凑体积小。

本发明的技术方案为：首先将石墨烯片掺杂在激光增益晶体中，制备出石墨烯-激光增益晶体，其中的石墨烯片平面与晶体的通光方向相互垂直；然后将该晶体与泵浦光源、耦合系统和激光谐振腔组成锁模激光器。

本发明的装置包括泵浦光源、耦合系统、石墨烯-激光增益晶体、激光谐振腔。

附图说明：

图1为本发明的结构示意图，泵浦光源1、耦合系统2、石墨烯-激光增益晶体4、输入镜3、输出镜5；所述的输入镜3和输出镜5组成激光器的谐振腔；所述石墨烯-激光增益晶体4中的石墨烯片数目为3片；泵浦光源1发出的光依次经过耦合系统2、输入镜3，石墨烯-激光增益晶体4、输出镜5；石墨烯-激光增益晶体中的激活离子辐射激光光波，石墨烯对辐射的激光光波进行锁模调制；从输出镜5获得锁模激光脉冲；该装置不仅可以用于锁模激光，也可以用于调Q激光。

图2为本发明实施例2的结构示意图。

具体实施方式：

实施例1：

如图1制作一台10GHz重复频率的1064nm的全固态锁模激光器，泵浦光源为1为波长808nm的半导体激光器，石墨烯-激光增益晶体4为graphene/Nd：YVO₄晶体，其中三片石墨烯片叠放在Nd：YVO₄中，每片石墨烯片的面积为3*3mm；晶体的尺寸为3*3*6m，通光面镀膜HT808nm&1064nm；输入镜3为曲率半径为30mm的凹面镜，膜镀HT808nm&HR1064nm；输出镜5为平面镜，镀膜T＝3％1064nm；输入镜3与输出镜5之间的距离为15mm；由输出镜5可以获得重复频率为10GHz的1064nm锁模激光脉冲。

按照实施例1制作的1064nm全固态锁模激光器，石墨烯-激光增益晶体还可以是graphene-Nd：YAG或graphene-Nd：GdVO₄等其它辐射1064nm波长的晶体；石墨烯片的数目还可以根据需要进行改变；输出镜的镀膜参数还可以根据需要进行调节。

实施例2：