[发明专利]一种基于钛掺杂石墨烯量子点的氧化镓晶体的大功率固体激光器

权利要求书

1.一种基于钛掺杂石墨烯量子点的氧化镓晶体的大功率固体激光器，其特征在于：包括激光振荡器(101)、双色镜(102)、激光放大器(103)、增强泵浦光源(104)；所述激光振荡器(101)包括金属热沉(7)、谐振腔(8)、侧面LD泵浦源(10)以及依次连接的端面LD泵浦源(1)、耦合单元(2)、输入镜(3)、增益介质(4)、声光晶体(5)、输出镜(6)；所述端面LD泵浦源(1)、耦合单元(2)、输入镜(3)、增益介质(4)、声光晶体(5)、输出镜(6)依次连接，所述金属热沉(7)环设于增益介质(4)外侧壁上，所述输入镜(3)、增益介质(4)、声光晶体(5)、输出镜(6)设置于谐振腔(8)内；所述双色镜(102)成一定角度设置，所述激光振荡器(101)的光路穿过双色镜(102)，所述增强泵浦光源(104)的光路经双色镜(102)反射，穿过双色镜(102)的激光振荡器(101)的光路以及经双色镜(102)反射的增强泵浦光源(104)的光路在一条直线上，并进入激光放大器(103)内；所述声光晶体(5)为基于钛掺杂石墨烯量子点的氧化镓晶体；所述基于钛掺杂石墨烯量子点的氧化镓晶体包括β-Ga₂O₃基质材料，以及掺杂质量分数0.005％～0.03％的钛掺杂石墨烯量子点。

2.根据权利要求1所述的一种基于钛掺杂石墨烯量子点的氧化镓晶体的大功率固体激光器，其特征在于：所述基于钛掺杂石墨烯量子点的氧化镓晶体中，钛掺杂石墨烯量子点的掺杂质量分数为0.01％～0.02％，优选地，钛掺杂石墨烯量子点的掺杂质量分数为0.02％。

3.根据权利要求1所述的一种基于钛掺杂石墨烯量子点的氧化镓晶体的大功率固体激光器，其特征在于：所述石墨烯量子点掺杂氧化镓晶体材料的制备方法，包括如下步骤：

步骤1：将单层氧化石墨烯加入质量百分比浓度为10％的聚乙烯醇水溶液中制得浓度为2mg/mL～10mg/mL的氧化石墨烯分散液，加入0.1～0.5倍单层氧化石墨烯质量的具有六方晶体结构的氧化锌、0.01～0.1倍单层氧化石墨烯质量的二氧化钛粉末和3～5倍单层氧化石墨烯质量的聚甲基吡咯烷酮，分散均匀后，转移至坩埚中，将所述坩埚置于马弗炉中，以1.5～5℃/分钟的速度升温至500～600℃后，在空气氛围中煅烧2～8h，自然降温至室温，用60～90℃的热水洗涤坩埚中固体混合物，干燥制得钛掺杂石墨烯量子点；

步骤2：将丙醇锆溶解于其5～10倍质量的乙醇中，搅拌下加入体积比为3:2的乙酰丙酮/水混合溶剂，室温下静置老化2～3天，制得涂层凝胶，所述乙醇和乙酰丙酮/水混合溶剂的体积比为25～40:1；

步骤3：将步骤1所得钛掺杂石墨烯量子点加入步骤2所得涂层凝胶中，搅拌均匀后，60℃干燥8～24h；

步骤4：重复步骤3 3～5次，500℃下烘烤30min，制得氧化锆涂层涂覆的石墨烯量子点；

步骤5：将步骤4所得氧化锆涂层涂覆的钛掺杂石墨烯量子点、纯度大于99.999％的氧化镓粉末加入乙醇中，超声分散均匀，蒸除溶剂，成型，烧结，得到钛掺杂石墨烯量子点掺杂的陶瓷靶，所述钛掺杂石墨烯量子点质量为钛掺杂石墨烯量子点掺杂陶瓷靶质量的0.005％～0.03％；

步骤6：将烧结好的钛掺杂石墨烯量子点掺杂的陶瓷靶放入生长炉的铱金坩埚中，以纯的β-Ga₂O₃晶体作为生长用的籽晶，生长方向平行于(100)解理面；

步骤7：生长炉抽低真空至炉压<10Pa后，充入Ar气，1380～1420℃加热并恒温0.5～0.8h，再充入CO₂气体，继续升温至1800～1900℃，使多晶陶瓷原料完全熔化并沿模具狭缝上升至模具顶端，恒温；

步骤8：将籽晶浸入模具上端熔体，待籽晶与熔体充分熔接后，依次进行引晶缩颈、放肩、等径生长的晶体生长过程；

步骤9：晶体生长结束后，脱模、退火冷却，即得。

4.根据权利要求1所述的一种基于钛掺杂石墨烯量子点的氧化镓晶体的大功率固体激光器，其特征在于：步骤1中所述氧化石墨烯分散液的浓度为5mg/mL，所述氧化锌的质量为0.3倍单层氧化石墨烯质量，所述氧化锌的的粒径为5nm～30nm。