[发明专利]基于石墨炔可饱和吸收的中红外脉冲固体激光器及工作方法

权利要求书

1.基于石墨炔可饱和吸收的中红外脉冲固体激光器，其特征为，包括半导体激光二极管泵浦源、耦合光纤、光聚焦耦合系统、激光增益介质、激光谐振腔和激光Q调制器件；

其中，半导体激光二极管泵浦源、光聚焦耦合系统和激光谐振腔依次排列，半导体激光二极管泵浦源通过耦合光纤连接至光聚焦耦合系统；激光谐振腔包括输入镜和耦合输出镜，输入镜和耦合输出镜分别放置于激光增益介质两端，激光Q调制器件插入到激光谐振腔，紧贴在激光增益介质和耦合输出镜之间，激光增益介质与激光Q调制器件在激光谐振腔内按光路方向依次排列；

所述激光增益介质为Er³⁺:YAP晶体；

所述激光Q调制器件为石墨炔可饱和吸收体；

所述的激光谐振腔中的输入镜为凹面镜，曲率半径为100mm，输入面镀AR@972nm，激光腔面镀HR@2.8-3.0μm；所述激光谐振腔中的耦合输出镜为平面镜；

所述Er³⁺:YAP晶体三价铒离子掺杂浓度为10at.％，晶体尺寸为2*2*5mm³；

所述的激光谐振腔为直型谐振腔，腔长为14mm；

该中红外脉冲固体激光器用于输出3μm波段的激光。

2.根据权利要求1所述的基于石墨炔可饱和吸收的中红外脉冲固体激光器，其特征为，所述石墨炔可饱和吸收体利用液液界面聚合反应合成，通过液液界面法合成石墨炔膜，将合成的石墨炔膜分散在乙醇中，然后通过旋转涂层将石墨炔和乙醇溶液转移到石英片上，再进行干燥得到石墨炔可饱和吸收体。

3.根据权利要求1所述的基于石墨炔可饱和吸收的中红外脉冲固体激光器，其特征为，所述的半导体激光二极管泵浦源输出功率为0-30W，数值孔径为0.22，光纤芯径为400μm，其中心波长为972nm。

4.根据权利要求1所述的基于石墨炔可饱和吸收的中红外脉冲固体激光器，其特征为，所述的光聚焦耦合系统焦距为80mm，聚焦比为1:2，用以将泵浦光整形聚焦到激光增益介质上。

5.根据权利要求1所述的基于石墨炔可饱和吸收的中红外脉冲固体激光器，其特征为，所述的Er³⁺:YAP晶体设置有铟箔纸包裹层，置于铜制循环水冷夹具中。

6.基于石墨炔可饱和吸收的中红外脉冲固体激光器的工作方法，其特征为采用如上权利要求1-5任一项所述的基于石墨炔可饱和吸收的中红外脉冲固体激光器，步骤如下：

由半导体激光二极管泵浦源发出的泵浦光通过耦合光纤传输给光聚焦耦合系统，光聚焦耦合系统将泵浦光聚焦到激光增益介质Er³⁺:YAP晶体上，利用不同透过率的耦合输出镜来分别搭建直型激光谐振腔，在不同透过率下研究连续激光的输出特性，Er³⁺:YAP晶体在整个过程中采用13℃循环水冷却；

基于上述连续激光输出谐振腔，将石墨炔可饱和吸收体插入到激光谐振腔，紧贴在耦合输出镜前面，并调整其位置与角度；由于石墨炔的三阶可饱和吸收特性，其对光的吸收强度与腔内光强相关，在泵浦功率较低时，腔内荧光较弱，石墨炔可饱和吸收体呈现出对弱光的强吸收，致使激光谐振腔的Q值很低，激光无法振荡；持续增加泵浦光，激光谐振腔内反转粒子数不断积累，腔内荧光逐步增加，当增加到石墨炔可饱和吸收体的饱和光强时，其对光的吸收强度明显降低，Q值迅速变大，形成激光振荡，实现中红外脉冲激光的稳定输出。