专利名称：全固态可见光被动锁模激光器的制作方法
技术领域：
:本发明属于激光设备与材料技术领域，涉及一种以石墨烯实现可见光锁模的全固态激光装置，特别是一种全固态可见光被动锁模激光器。
背景技术：
:目前，在普遍使用的全固态可见光锁模激光器设备中，都是先对钕离子激光晶体辐射的1.0微米波段激光锁模，再用非线性晶体进行频率变换而实现的。例如:先用SESAM对Nd = YAG激光器的1064nm实现锁模，再用KTP晶体倍频获得532nm绿光锁模激光；或者先对1319nm实现锁模，再倍频获得660nm红光锁模激光，1319nm与660nm合频获得440nm蓝光锁模激光，由于激光频率变换不可能达到100%的转换效率，所以存在系统整体效率不高和稳定性降低的问题。对现有技术进行总结归纳可知，阻碍全固态可见光锁模激光器发展的原因，一是缺少泵浦可见光激光晶体的半导体光源；二是缺少工作在可见光波段的可饱和吸收体；早在上世纪60年代就出现了镨(Pr)摻杂的可见光激光晶体，但是由于缺少波长450nm附近的半导体激光器(LD)，全固态可见光激光器的发展一度处于停滞状态。最近几年，随着半导体材料的发展，半导体蓝光激光器的出现为全固态可见光激光器的发展扫除了障碍，当前蓝光LD的输出功率和光束质量还比较低，但是从激光技术的发展趋势看，大功率、高光束质量的LD泵浦全固态可见光超短脉冲激光器是可见光激光发展的重要方向之一。当前较成熟的可饱和吸收体是半导体可饱和吸收镜(SESAM)，制备SESAM需要金属有机化合物化学气相沉积等外延生长技术，过程复杂且成本高，而且常用SESAM材料的吸收带宽很窄，目前只能应用于近红外波段。2004年,英国曼切斯特大学的AndreGeim和Novoselov首次通过机械剥离的方法从大块石墨上得到了石墨烯，它是继零维富勒烯、一维碳纳米管之后发现的由单层碳原子紧密堆积成二维蜂窝状晶格结构的单晶功能材料，由于石墨烯具有独特的电学、力学和光学性能，因而在高性能光电器件、复合功能材料以及能量存储等领域具有重要的应用前景
发明内容
:本发明的目的在于克服现有技术存在的缺点，寻求设计一种利用石墨烯可饱和吸收体，制备结构简单、效率高的全固态可见光锁模激光器，以GaN基半导体材料为全固态可见光激光器的制备提供泵浦光源，石墨烯独特的结构导致它具有不依赖于波长的宽带可饱和吸收特性，且石墨烯吸收体加工制备简单、价格低廉。为了实现上述目的，本发明的主体结构包括泵浦光源、耦合系统、第一腔镜、激光晶体、第二腔镜、石墨烯吸收体、第三腔镜和光纤；第一腔镜、第二腔镜和第三腔镜按照光学原理光信息连通构建组成激光谐振腔，第一腔镜、第二腔镜和第三腔镜的镀膜参数根据激光晶体的辐射波长确定；石墨烯吸收体为采用常规的物理方法或化学方法沉积在基片材料上的单层石墨烯或多层石墨烯结构；耦合系统的前端通过光纤与泵浦光源光信息连接，耦合系统的后端与激光晶体之间固定置有第一腔镜，第一腔镜与第二腔镜之间固定置有激光晶体，第一腔镜与第二腔镜之间的直线间距为L1, L1=IO^OOOmm ;第三腔镜固定安装于第一腔镜的一侧处，第三腔镜和第二腔镜之间的连接直线与第一腔镜和第二腔镜之间的连接直线构成10-90度的夹角结构；第二腔镜与第三腔镜之间的直线距离为L2, L2=CZ^f-L1，其中c为真空中光速，f为锁模激光的重复频率；在第三腔镜与第二腔镜中心之间的连接直线上固定安装有石墨烯吸收体，石墨烯吸收体与第三腔镜之间的距离小于L2/2 ;各部件光电信息连通后组合构成锁模激光器，实现全固态可见光被动锁模激光输出。本发明涉及的激光晶体包括Pr3+、Tb3+、Ho3+、Sm3+和Eu3+激活离子摻杂的激光晶体，激光晶体在可见光波段具有激光辐射；石墨烯吸收体是独立器件，或是将单层石墨烯或多层石墨烯沉积在布拉格反射镜上，或沉积在已经镀膜的腔镜上，以石墨烯作为吸收材料；泵浦光源对激光晶体的泵浦方式为端面泵浦，或侧面泵浦；泵浦光源为半导体激光器，或光纤激光器，或全固态激光器。本发明与现有技术相比，利用石墨烯的宽带非线性饱和吸收特性，构建成新型的全固态可见光锁模激光器；半导体光源泵浦激光晶体直接产生可见光激光辐射，不需要再用非线性晶体进行频率变换，系统结构简单、效率高、稳定性高；石墨烯吸收体的制备不需要能带工程设计，不需要根据激光波长来更换石墨烯，系统体积小，造价低，效率高。
:图1为本发明装置的结构原理示意图，包括第一腔镜1、第二腔镜2、第三腔镜3、泵浦光源4、稱合系统5、激光晶体6、石墨烯吸收体7和光纤8,其中LI为第一腔镜I和第二腔镜2之间的长度，L2为第二腔镜2和第三腔镜3之间的长度。
具体实施方式
:下面通过实施例并结合附图作进一步描述。本实施例的主体结构包括泵浦光源4、耦合系统5、第一腔镜1、激光晶体6、第二腔镜2、石墨烯吸收体7、第三腔镜3和光纤8 ;第一腔镜1、第二腔镜2和第三腔镜3按照光学原理光信息连通构建组成激光谐振腔，第一腔镜1、第二腔镜2和第三腔镜3的镀膜参数根据激光晶体6的辐射波长确定；石墨烯吸收体为采用常规的物理方法或化学方法沉积在基片材料上的单层石墨烯或多层石墨烯结构；耦合系统5的前端通过光纤8与泵浦光源4光信息连接,稱合系统5的后端与激光晶体6之间固定置有第一腔镜1，第一腔镜I与第二腔镜2之间固定置有激光晶体6，第一腔镜I与第二腔镜2之间的直线间距为L1,L1=IO^OOOmm ;第三腔镜3固定安装于第一腔镜I的一侧处，第三腔镜3和第二腔镜2之间的连接直线与第一腔镜I和第二腔镜2之间的连接直线构成10-90度的夹角结构；第二腔镜2与第三腔镜3之间的直线距离为L2, L2=CZ^f-L1，其中c为真空中光速，f为锁模激光的重复频率；在第三腔镜3与第二腔镜2中心之间的连接直线上固定安装有石墨烯吸收体7，石墨烯吸收体7与第三腔镜3之间的距离小于L2/2 ;各部件光电信息连通后组合构成锁模激光器，实现全固态可见光被动锁模激光输出。实施例1:制作一台重复频率500MHz的523nm绿光锁模激光器。本实施例涉及的第一腔镜I为平面镜且HR@523&AR(M44nm，泵浦光源4为GaN基半导体激光器，输出光中心波长为444nm，耦合系统5对444nm激光聚焦，激光晶体6为Pr: YLF晶体，第二腔镜2为曲率半径IOOmm的平凹镜且HR@523&AR(M44nm，调整L1为270臟，第三腔镜3为平面镜且T=5%@523nm，调整L2为59mm，石墨烯吸收体7为沉积在玻璃基片上的1_20层石墨烯构成，由第三腔镜3输出523nm绿光皮秒激光。实施例2:制作一台重复频率IOOMHz的614nm红光锁模激光器。本实施例涉及的第一腔镜I为曲率半径600mm的平凹镜且AR@444nm&HR@614nm，第二腔镜2为曲率半径500mm的平凹镜并且AR@444nm&HR@614nm，可饱和石墨烯吸收体7为沉积在Bragg光栅上的1-20层石墨烯构成，光栅T=3%@614nm，激光晶体6为Pr = YAlO3晶体，泵浦光源4为GaN基半导体激光器，中心波长为448nm，调整L1长度为635mm，调整L2长度为840mm，由Bragg光栅输出614nm皮秒激光。
权利要求
1.一种全固态可见光被动锁模激光器，其特征在于主体结构包括泵浦光源、稱合系统、第一腔镜、激光晶体、第二腔镜、石墨烯吸收体、第三腔镜和光纤；第一腔镜、第二腔镜和第三腔镜按照光学原理光信息连通构建组成激光谐振腔，第一腔镜、第二腔镜和第三腔镜的镀膜参数根据激光晶体的辐射波长确定；石墨烯吸收体为采用常规的物理方法或化学方法沉积在基片材料上的单层石墨烯或多层石墨烯结构；耦合系统的前端通过光纤与泵浦光源光信息连接，耦合系统的后端与激光晶体之间固定置有第一腔镜，第一腔镜与第二腔镜之间固定置有激光晶体，第一腔镜与第二腔镜之间的直线间距为L1, L1=IO^OOOmm ;第三腔镜固定安装于第一腔镜的一侧处，第三腔镜和第二腔镜之间的连接直线与第一腔镜和第二腔镜之间的连接直线构成10-90度的夹角结构；第二腔镜与第三腔镜之间的直线距离为L2,L2=CZ^f-L1，其中c为真空中光速，f为锁模激光的重复频率；在第三腔镜与第二腔镜中心之间的连接直线上固定安装有石墨烯吸收体，石墨烯吸收体与第三腔镜之间的距离小于L2/2 ;各部件光电信息连通后组合构成锁模激光器,实现全固态可见光被动锁模激光输出。
2.根据权利要求1所述的全固态可见光被动锁模激光器，其特征在于涉及的激光晶体包括Pr3+、Tb3+、Ho3+、Sm3+和Eu3+激活离子摻杂的激光晶体，激光晶体在可见光波段具有激光辐射；石墨烯吸收体是独立器件，或是将单层石墨烯或多层石墨烯沉积在布拉格反射镜上，或沉积在已经镀膜的腔镜上，以石墨烯作为吸收材料；泵浦光源对激光晶体的泵浦方式为端面泵浦，或侧面泵浦；泵浦光源为 半导体激光器，或光纤激光器，或全固态激光器。
全文摘要
本发明属于激光设备与材料技术领域，涉及一种全固态可见光被动锁模激光器，第一腔镜、第二腔镜和第三腔镜光信息连通构建组成激光谐振腔；石墨烯吸收体为沉积在基片材料上的单层石墨烯或多层石墨烯结构；耦合系统的前端通过光纤与泵浦光源光信息连接，耦合系统的后端与激光晶体之间固定置有第一腔镜，第一腔镜与第二腔镜之间固定置有激光晶体，第三腔镜固定安装于第一腔镜的一侧处，第三腔镜和第二腔镜之间的连接直线与第一腔镜和第二腔镜之间的连接直线构成10-90度的夹角结构；在第三腔镜与第二腔镜中心之间的连接直线上固定安装有石墨烯吸收体；其结构简单，效率高，稳定性高，体积小，造价低。
文档编号H01S3/098GK103199425SQ20131011877
公开日2013年7月10日 申请日期2013年4月8日 优先权日2013年4月8日
发明者潘淑娣, 刘建华, 葛晓辉, 万勇, 宋然然 申请人:青岛大学