[发明专利]一种制冷型可饱和吸收体器件

说明书

本发明公开了一种制冷型可饱和吸收体器件器件，包括第一夹具(1)、第二夹具(2)、置于所述第一夹具(1)和所述第二夹具(2)之间的可饱和吸收体(3)和制冷剂容器(4)，所述制冷剂容器(4)包覆于所述第一夹具(1)和所述第二夹具(2)的周围；激光输入到所述第一夹具(1)或所述第二夹具(2)上时，所述可饱和吸收体(3)能够对激光进行整形并从所述第二夹具(2)或所述第一夹具(1)输出。本发明提供的可饱和吸收体器利用制冷剂容器实现了对可饱和吸收体的降温作用，克服了可饱和吸收体工作时光热效应导致的可饱和吸收体损伤问题，提升了可饱和吸收体的损伤阈值。

技术领域

本发明涉及一种制冷型可饱和吸收体器件。

背景技术

激光被称为“最快的到”、“最准的尺”、“最亮的光”和“奇异的激光”，因此激光加工技术作为重要的先进制造技术之一已被广泛应用于众多的工业制造领域，利用激光直写技术进行材料加工时,其所能达到的加工分辨率一直受到经典光学理论衍射极限的限制,难于进行纳米尺度的加工。飞秒脉冲激光的出现不仅为研究光与物质相互作用的超快过程提供了手段,也为发展先进的微纳米加工技术提供了不可多得的光源.该技术利用多光子效应和激光与物质作用的阈值效应,成功地实现了纳米尺度的激光直写加工分辨率。

目前，被动锁模是实现飞秒脉冲激光产生的主要方式，被动锁模的实现方法主要包括半导体可饱和吸收体被动锁模、附加脉冲锁模、非线性偏振旋转被动锁模等，其中半导体可饱和吸收体是目前实现被动锁模的最早的有效方法之一，其锁模机制为：在低强度情况下,当光子经过可饱和吸收体时被吸收,结果一个电子跃迁到了高能级态,很快这个电子就经过非辐射跃迁过程回到基态,这样吸收体又可以吸收其他光子。在高强度极限下,可以想象为很多光子同时入射,虽然一部分光子被吸收,但它们有效地抽运并饱和了吸收介质,因此其他入射光子可以无吸收地通过吸收介质。这样就实现了阻止低强度光、通过高强度光的饱和吸收作用。

常用的可饱和吸收材料是半导体吸收介质,可以采用单层或多层量子阱结构制成。半导体可饱和吸收镜(SESAM)是半导体可饱和吸收体和反射镜的结合,可饱和吸收体利用其自身的相应恢复时间作为时间选通门来对激光脉冲进行时间上的整形,对于脉冲中能量较低的部分完全吸收,引入损耗机制：当脉冲中能量较高的部分通过,达到可饱和吸收体的饱和吸收阈值时,可饱和吸收体在强光的作用下吸收饱和被漂白而变得透明,这样使得后续部分得以在漂白恢复时间内无损耗地通过；而当可饱和吸收体达到响应恢复时间,重新恢复吸收特性后,新的可饱和吸收过程便再次重新开始。利用半导体可饱和吸收体要求它工作时的偏置电流必须低于阈值，这种方法产生的脉冲宽度一般为皮秒和飞秒级,它虽然具有脉宽窄、结构简单、紧凑、成本低、锁模稳定、调整简单等优点,但其会引入反射镜，使得激光器的结构变得复杂，且不易于实现全光纤结构。

为了解决半导体可饱和吸收体存在的问题，研究者们把主要精力投入到了基于碳纳米材料(单壁碳纳米管、石墨烯)制作的用于被动锁模的可饱和吸收体，但上述两种纳米材料的制作工艺复杂、成本高等，很难在一般条件下自主搭建可饱和吸收体锁模激光器以获得超短脉冲。因此，探索新型可饱和吸收体材料及器件，实现飞秒脉冲激光输出成为世界范围内的热门研究课题。

随着纳米技术的深入发展，金纳米材料由于具有独特的局域表面等离激元共振特性以及其在生物化学传感、表面增强拉曼光谱学、生物医学、成像技术、光信息存储和纳米光子学等领域具有广泛的应用前景，受到科研人员的广泛关注。此外，金纳米材料还具有较高的三阶非线性系数、较快的恢复时间、制作简单、易与光纤集成以及其特殊的吸收光谱特性，具有成为新型可饱和吸收体的潜力。

2012年，吉林大学秦冠仕课题组利用薄膜型金纳米材料首次实现了调Q脉冲激光输出，但是由于光与金纳米材料相互作用时具有较强的光热效应，使得薄膜型可饱和吸收体的损伤阈值较低，不利于承受高峰值功率的超短脉冲运转，获得的脉冲宽度仅为微秒量级。此外，激光器的稳定性较差。由此可以看出，尽管目前薄膜型器件仍是较为理想的全光纤集成器件。但该类型器件主要受限于光与材料相互作用时所产生的光热效应，极大地限制了激光器性能的提升。