一种基于二硫化钼的高效紧凑中红外脉冲激光器制造技术

一种基于二硫化钼的高效紧凑中红外脉冲激光器，该激光器主要装置包括半导体激光器、Tm:GdVO4晶体和输出镜。带尾纤输出的半导体激光器产生808nm连续光，经过镀有808nm增透膜和2μm高反膜的Tm:GdVO4晶体后，由镀有二硫化钼且透过率为5%的2μm波段输出镜输出2μm的中红外脉冲激光。本实用新型专利技术采用了高效紧凑的激光器结构，利用二硫化钼所具有的可饱和吸收特性，可获得高能量的脉冲激光，实现微秒级的中红外脉冲输出，此外，通过控制二硫化钼材料的层数，可得到不同的能量带隙以满足不同光谱响应范围，进而实现二硫化钼可饱和吸收材料在不同激光波段的运转。

An efficient compact medium infrared pulse laser based on molybdenum disulfide

A high efficient and compact medium infrared pulse laser based on molybdenum disulfide, which consists of a semiconductor laser, a Tm:GdVO4 crystal and an output mirror. 808nm continuous light semiconductor laser with fiber output, after plating 808nm antireflective film and 2 m high reflection film of Tm:GdVO4 crystal, coated with MoS2 and by transmittance in infrared laser pulse of 2 m wavelength output mirror 5% output 2 m. The utility model adopts high efficient and compact laser structure, the use of MoS2 has saturable absorption, can obtain high energy pulse laser, infrared to achieve microsecond pulse output, in addition, by controlling the number of layers of MoS2, can get the different energy band gap to meet the different spectral response range, and molybdenum disulfide saturable absorption of materials under different laser band operation.

【技术实现步骤摘要】
一种基于二硫化钼的高效紧凑中红外脉冲激光器
本技术属于激光技术及其非线性光学领域，具体涉及一种基于二硫化钼的高效紧凑中红外脉冲激光器。
技术介绍
近年来，随着石墨烯为代表的二维材料的广泛应用，寻找性能更加卓越的新材料成为当下研究的新趋势。二硫化钼（MoS2）因高导电性、强吸附力、较好的吸收系数、优异电学性质等优点，成为当前材料科学领域的研究热点。以色列科学家R.Tenne率先选择以辉钼矿石为原料，在碳纳米管和C60的制备方法启发下，首次合成了无机富勒烯二硫化钼纳米颗粒和纳米管，由此引起了制备和探究新型二硫化钼材料的研究热潮。到2010年，Heinz和Splendiani等进一步研究了二硫化钼，成功合成了少层、单层的“类石墨烯”二硫化钼，并将这种单层、少层的结构称为“类石墨烯”结构，由此拉开了制备和探究新型“类石墨烯”二维二硫化钼材料的研究序幕。二硫化钼的能级结构与石墨烯不同，其体材料所形成的间接带隙约为1.29ev。受到量子限域效应和长效库伦效应的影响，二硫化钼从体材料到单层材料可以从间接带隙变为直接带隙。当二硫化钼形成二维单层材料时，是具有直接带隙约为1.8ev的半导体，这种独特的能带结构使二维二硫化钼比零带隙的二维石墨烯拥有更多的优点。从结构上说，单层的二硫化钼是由三个原子层（S-Mo-S）结构单元构成，中间为Mo原子层、上下为S原子层形成独特的三层夹心结构，而多层二硫化钼则是由这些单层结构通过弱的范德瓦耳斯力结合而成，一般层数不超过5层，层内为强S-Mo-S共价键，层间距约为0.65nm，Mo-S棱面数目影响二硫化钼的比表面积。因此，二维“类石墨烯”二硫化钼具有很多优良的性质，如大的比表面积和可控的带隙等，这引起了研究人员在能量存储、复合材料、场效应晶体管、锂离子电池、电子器件、光催化和传感器等方面的关注。
技术实现思路
本技术针对现有技术中的不足，提供一种基于二硫化钼的高效紧凑中红外脉冲激光器。为实现上述目的，本技术采用以下技术方案：一种基于二硫化钼的高效紧凑中红外脉冲激光器，其特征在于，包括：依次排布的半导体激光器、Tm:GdVO4晶体和输出镜；所述半导体激光器带尾纤输出，半导体激光器产生的连续光直接射入并经过Tm:GdVO4晶体，从Tm:GdVO4晶体输出的连续光再直接射入输出镜，并最终由输出镜输出中红外脉冲激光；其中，所述Tm:GdVO4晶体朝向半导体激光器的一面镀有增透膜和高反膜，所述输出镜朝向半导体激光器的一面镀有二硫化钼可饱和吸收材料和高透膜。为优化上述技术方案，采取的具体措施还包括：所述半导体激光器的最大输出功率为20W，半导体激光器发射的连续光中心波长为808nm，输出镜为2μm波段输出镜，输出镜最终输出波长为2μm的中红外脉冲激光。所述Tm:GdVO4晶体朝向半导体激光器的一面镀有808nm增透膜，Tm:GdVO4晶体朝向半导体激光器的一面还镀有2μm高反膜，输出镜朝向半导体激光器的一面镀有2μm二硫化钼可饱和吸收材料，输出镜朝向半导体激光器的一面还镀有和2μm高透膜。所述Tm:GdVO4晶体的体积为3*3*5mm3。所述输出镜的透过率为5%。本技术的有益效果是：1、相较于同属二维材料的石墨烯，二硫化钼拥有1.8ev的直接能带隙以及独特的非线性饱和特性，在光纤激光器领域应用更为广泛；2、通过改变二硫化钼材料的层数及缺陷，可得到不同的能量带隙以满足不同范围光谱的响应，进而实现MoS2可饱和吸收材料在不同激光波段的运转；3、相较于其他固体激光器而言，仅使用镀有增透膜和高反膜的Tm:GdVO4晶体以及镀有二硫化钼和高透膜的输出镜，结构更为高效紧凑。附图说明图1是本技术的整体结构示意图。具体实施方式下面结合附图详细说明本技术。目前，二硫化钼因高导电性、强吸附力、较好的吸收系数、优异电学性质等优点，成为当前材料科学领域的研究热点。二硫化钼的能级结构与石墨烯不同，其体材料所形成的间接带隙约为1.29ev。受到量子限域效应和长效库伦效应的影响，二硫化钼从体材料到单层材料可以从间接带隙变为直接带隙。当二硫化钼形成二维单层材料时，是具有直接带隙约为1.8ev的半导体。因此，在能量存储、复合材料、场效应晶体管、锂离子电池、电子器件、光催化和传感器等方面得到广泛的关注。如图1所示的基于二硫化钼的高效紧凑中红外脉冲激光器，呈直线腔结构，仅包括依次排布的半导体激光器1、Tm:GdVO4晶体2和输出镜3。带尾纤输出的半导体激光器1产生808nm连续光并直接射入Tm:GdVO4晶体2，Tm:GdVO4晶体2朝向半导体激光器1的一面镀有808nm增透膜和2μm高反膜，连续光从Tm:GdVO4晶体2中输出后再直接射入输出镜3，输出镜3朝向半导体激光器1的一面镀有2μm二硫化钼可饱和吸收材料和2μm高透膜，并最终由输出镜3输出2μm中红外脉冲激光。其中，半导体激光器1的最大输出功率为20W，Tm:GdVO4晶体2的体积为3*3*5mm3，输出镜3的透过率为5%。光学参量振荡器的工作原理是：通过带尾纤输出的半导体激光器1产生808nm连续光，在Tm:GdVO4晶体2的808nm增透膜的增透作用下，进入Tm:GdVO4晶体2，Tm:GdVO4晶体2产生2μm的光并直接输出至输出镜3，通过镀在输出镜3的二硫化钼可饱和吸收材料，最后由输出镜3输出波长为2μm的中红外脉冲激光，其中，由于Tm:GdVO4晶体2上镀有2μm高反膜，使Tm:GdVO4晶体2和输出镜3之间形成了谐振腔。MoS2可饱和吸收材料的工作原理是：可饱和吸收体材料对腔内激光的吸收会随光场强度而变化，当光强较弱时对光吸收强，腔内损耗增大，因此光透过率很低。随着光强的增大，MoS2对光的吸收减弱，腔内损耗减小，当光强超过特定值时吸收饱和，光透过率可达100%，使得光强在获得最大激光脉冲的同时受到最小的损耗，输出强脉冲激光。相较于现有的其他固体激光器，本技术仅使用半导体激光器、Tm:GdVO4晶体和输出镜，三者呈直线排布，通过将增透和高反都聚焦到一个面上，省去了平面镜等结构，大大缩短了腔长，提高了转换效率，十分高效紧凑，商业化前景广泛。需要注意的是，技术中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本技术可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更
技术实现思路
下，当亦视为本技术可实施的范畴。以上仅是本技术的优选实施方式，本技术的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本技术思路下的技术方案均属于本技术的保护范围。应当指出，对于本
的普通技术人员来说，在不脱离本技术原理前提下的若干改进和润饰，应视为本技术的保护范围。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于二硫化钼的高效紧凑中红外脉冲激光器，其特征在于，包括：依次排布的半导体激光器（1）、Tm:GdVO4晶体（2）和输出镜（3）；所述半导体激光器（1）带尾纤输出，半导体激光器（1）产生的连续光直接射入并经过Tm:GdVO4晶体（2），从Tm:GdVO4晶体（2）输出的连续光再直接射入输出镜（3），并最终由输出镜（3）输出中红外脉冲激光；其中，所述Tm:GdVO4晶体（2）朝向半导体激光器（1）的一面镀有增透膜和高反膜，所述输出镜（3）朝向半导体激光器（1）的一面镀有二硫化钼可饱和吸收材料和高透膜。

【技术特征摘要】
1.一种基于二硫化钼的高效紧凑中红外脉冲激光器，其特征在于，包括：依次排布的半导体激光器（1）、Tm:GdVO4晶体（2）和输出镜（3）；所述半导体激光器（1）带尾纤输出，半导体激光器（1）产生的连续光直接射入并经过Tm:GdVO4晶体（2），从Tm:GdVO4晶体（2）输出的连续光再直接射入输出镜（3），并最终由输出镜（3）输出中红外脉冲激光；其中，所述Tm:GdVO4晶体（2）朝向半导体激光器（1）的一面镀有增透膜和高反膜，所述输出镜（3）朝向半导体激光器（1）的一面镀有二硫化钼可饱和吸收材料和高透膜。2.如权利要求1所述的一种基于二硫化钼的高效紧凑中红外脉冲激光器，其特征在于：所述半导体激光器（1）的最大输出功率为20W，半导体激光器（1）发射的连续光中心波长为808nm，输...

【专利技术属性】
技术研发人员：常建华，杨闵皓，李寒寒，杨镇博，戴峰，
申请(专利权)人：南京信息工程大学，
类型：新型
国别省市：江苏,32