一种基于硅纳米片的激光脉冲调制器及基于该激光脉冲调制器的激光器制造技术

本实用新型专利技术涉及一种基于硅纳米片的激光脉冲调制器，硅纳米片激光脉冲调制器由硅晶体制得，包括衬底和沉积在衬底上面的硅纳米片材料。将硅纳米片激光脉冲调制器插入连续或长脉冲运转的激光谐振腔内，可以实现短脉冲激光输出。本实用新型专利技术硅纳米片激光脉冲调制器，具有以下优势：(1)硅纳米片材料具有对波长不敏感的特性，可实现对可见到红外波段激光的调制。(2)硅纳米片可由黏土制得，原料丰富，价格低廉，制作工艺简单，适于批量生产。(3)便于集成：可用成熟的工艺在衬底上制备成薄膜，实现从材料到器件的一体化设计和集成。本实用新型专利技术还涉及基于该硅纳米片的激光脉冲调制器的激光器。

A Laser Pulse Modulator Based on Silicon Nanosheet and a Laser Based on the Laser Pulse Modulator

The utility model relates to a laser pulse modulator based on silicon nanosheets, which is made of silicon crystals and comprises a substrate and a silicon nanosheet material deposited on the substrate. The short-pulse laser output can be realized by inserting a silicon nano-chip laser pulse modulator into a laser resonator which operates continuously or long pulses. The silicon nanosheet laser pulse modulator of the utility model has the following advantages: (1) The silicon nanosheet material has the characteristics of being insensitive to wavelength, and can realize the modulation of visible and infrared band laser. (2) Silicon nanosheets can be prepared from clay with abundant raw materials, low cost, simple fabrication process and suitable for mass production. (3) Easy integration: Thin films can be fabricated on substrates by mature technology to achieve integrated design and integration from materials to devices. The utility model also relates to a laser pulse modulator based on the silicon nanosheet.

【技术实现步骤摘要】
一种基于硅纳米片的激光脉冲调制器及基于该激光脉冲调制器的激光器
本技术涉及一种基于硅纳米片的激光脉冲调制器及基于该激光脉冲调制器的激光器，属于激光

技术介绍
自上世纪六十年代世界首台红宝石激光器问世以来，激光器发展至今已形成一个巨大的产业，在工业、国防、科技、医学以及消费品等领域有着重要的应用。其中脉冲激光具有峰值功率高、能量大、脉冲时间短等优势，是激光的重要组成部分和发展方向。实现脉冲激光的技术主要分为两类：主动调制和被动调制。其中被动调制是指通过材料本身的可饱和吸收特性对激光产生过程的损耗进行调节，从而获得脉冲激光。这种调制方式具有操作简单、结构紧凑、能耗低等优势，在脉冲激光中的应用越来越普遍。目前常用的可饱和吸收材料主要分为有两类：具有特殊离子掺杂的绝缘体材料(如掺铬的钇铝石榴石晶体Cr:YAG)和半导体材料(如砷化镓和SESAM)。这两类材料具有制备工艺复杂、可饱和吸收性能对于波长有很强的依赖性、体积相对较大、成本相对较高等缺点，因此应用范围受到一定限制。目前，人们仍在积极探索新型的，性能更加优异、全面的可饱和吸收材料。近年来，以石墨烯为代表的二维材料在生物、医学、通信、微电子等许多领域得到了广泛研究与应用。在光学方面，二维材料具有吸收波段宽、响应时间短、光学损耗低等特点，因此在激光调制领域，也受到越来越多的关注，如石墨烯(G)、黑磷(BP)、拓扑绝缘体(Bi2Se3)、过渡金属氧化物(VO2)等新型二维材料已经作为激光调制器件应用在固体激光器中。但在实际应用中，仍然存在一些问题，如石墨烯具有低的调制深度和较大的非饱和损耗，黑磷在环境中非常不稳定，可在数小时内降解，拓扑绝缘体需要复杂的制备过程等。因此，人们仍在积极探索激光调制性能更加优异的二维材料。硅是现代电子技术最重要的材料，硅纳米片作为锂离子电池阳极的候选材料，可用于高能量密度的便携式电子设备、大型储能系统和电动汽车等领域。到目前为止，关于硅纳米片在光学领域的应用相对较少，未发现关于硅纳米片可饱和吸收效应及其作为激光脉冲调制器的报道。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本技术提供了一种基于硅纳米片的激光脉冲调制器；本技术还提供了上述激光脉冲调制器在全固态激光器中的应用；术语解释：1、衬底上面：是指载有硅纳米片材料的上表面。2、衬底背面：是指衬底上未载有硅纳米片材料的一面。3、增透：一般指对特定波长的光透过率不小于95％。4、高反射，一般指对特定波长的光反射率不小于99％。5、部分反射，一般指对特定波长的光反射率在40％-99％之间。本技术的技术方案为：一种基于硅纳米片的激光脉冲调制器，包括衬底及沉积在所述衬底上面的硅纳米片材料。硅纳米片材料为现有已知的材料。本技术基于硅纳米片的激光脉冲调制器，具有以下优势：(1)硅纳米片材料具有对波长不敏感的特性，可实现对可见到红外波段激光的调制。(2)硅纳米片可由黏土制得，原料丰富，价格低廉，制作工艺简单成熟，适于批量生产。(3)便于集成：可用成熟的工艺在衬底上制备成薄膜，实现从材料到器件的一体化设计和集成。根据本技术优选的，所述衬底的厚度为0.5-3mm；所述硅纳米片材料的厚度为1-50nm。进一步优选的，所述硅纳米片材料的厚度为5-20nm。最优选的，所述衬底的厚度为2mm；所述硅纳米片材料的厚度为5nm。根据本技术优选的，所述衬底为晶体、玻璃或陶瓷材料。进一步优选的，所述衬底为石英衬底或蓝宝石衬底。根据本技术优选的，所述衬底背面镀以有利于激光振荡的介质膜。有利于激光振荡的介质膜可以根据脉冲调制器件应用时的要求，实现反射率的可变可控，克服不镀膜时反射率不可变等因素带来的缺点，有利于脉冲激光器的设计。例如，当增益介质用Nd:YAG晶体作为946nm波长输出时，衬底背面镀有对946nm增透的介质膜本技术所述的基于硅纳米片的激光脉冲调制器，可以制备成任意形状，优选的，所述的基于硅纳米片的激光脉冲调制器为矩形或圆形。本技术的基于硅纳米片的激光脉冲调制器的应用,用于对可见或红外激光进行脉冲调制，包括被动调Q或被动锁模。一种基于硅纳米片脉冲调制器的全固态激光器，包括沿光路依次安放的第一泵浦源、第一前腔镜、第一激光增益介质、所述基于硅纳米片的激光脉冲调制器、第一输出镜。将所述的硅纳米片激光脉冲调制器放于谐振腔内，泵浦光经第一前腔镜输入到第一激光增益介质中，产生的激光经基于硅纳米片的激光脉冲调制器调制，从第一输出镜一端输出调Q或锁模激光脉冲。基于硅纳米片材料具有对波长不敏感的特性，本技术的基于硅纳米片脉冲调制器的全固态激光器可实现对可见到红外波段激光的调制。基于本技术的硅纳米片脉冲调制器制作工艺简单且便于集成的特点，本技术的基于硅纳米片脉冲调制器的全固态激光器便于实现一体化设计和集成。根据本技术优选的，所述第一前腔镜和所述第一输出镜组成谐振腔，所述第一前腔镜镀以对激光波段高反射的介质膜，所述第一输出镜镀以对激光波段部分反射的介质膜。根据本技术优选的，所述第一泵浦源为半导体激光二极管(LD)或氙灯；提供泵浦能量。所述第一激光增益介质为所有能产生激光增益的固体介质，呈圆柱体或者长方体，其端面抛光或镀以有利于泵浦光吸收和激光振荡的介质膜。例如，当增益介质用Nd:YAG晶体作为946nm波长输出时,入射端面镀有对808nm、946nm增透的介质膜，出射端面镀有对946nm增透的介质膜。进一步优选的，所述第一激光增益介质为激光晶体、激光玻璃或激光陶瓷。最优选的，所述第一激光增益介质为钕掺杂钇铝石榴石(Nd:YAG)晶体或钕掺杂钒酸钇(Nd:YVO4)晶体。上述全固态激光器的谐振腔参数可自行设计，如组成谐振腔的腔镜的曲率、输出镜的耦合透过率等，并可根据实际需要添加全反镜以改变腔型，相关设计是本领域熟知的技术。一种端面泵浦的硅纳米片被动调Q激光器，包括沿光路依次安放的第二泵浦源、第一光纤耦合系统、第一聚焦系统、第二前腔镜、第二激光增益介质、所述基于硅纳米片的激光脉冲调制器、第二输出镜。基于硅纳米片材料具有对波长不敏感的特性，本技术的基于硅纳米片脉冲调制器的被动调Q激光器可实现对可见到红外波段的调Q激光输出。基于本技术的硅纳米片脉冲调制器制作工艺简单且便于集成的特点，本技术的基于硅纳米片脉冲调制器的被动调Q激光器便于实现一体化设计和集成。泵浦光经第一光纤耦合系统、第一聚焦系统和第二前腔镜输入到激光增益介质中，产生的激光经基于硅纳米片的激光脉冲调制器调制，从第二输出镜一端输出调Q脉冲。根据本技术优选的，所述第二前腔镜与所述第二输出镜组成谐振腔，所述谐振腔长度为1-10cm。进一步优选的，所述谐振腔长度为1cm。为了抑制锁模激光的产生，所述谐振腔越短越好，以长度1cm为佳。根据本技术优选的，所述第二泵浦源为发射波长为808nm的激光二极管(LD)；所述第二前腔镜为平面镜，靠近所述第一聚焦系统的一端的表面镀以对808nm增透的介质膜，靠近所述第二激光增益介质的另一端的表面镀以对1.05-1.1μm高反射的介质膜；所述第二激光增益介质为Nd:YAG晶体；所述第二输出镜为平凹镜，所述第二输出镜的凹面镀以对1.05-1.1μm部分反射的介质膜，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于硅纳米片的激光脉冲调制器，其特征在于，包括衬底及沉积在所述衬底上面的硅纳米片材料；所述衬底的厚度为0.5‑3mm；所述硅纳米片材料的厚度为1‑50nm；所述衬底为晶体、玻璃或陶瓷材料；所述衬底背面镀以有利于激光振荡的介质膜。

【技术特征摘要】
2018.02.11 CN 20182024459441.一种基于硅纳米片的激光脉冲调制器，其特征在于，包括衬底及沉积在所述衬底上面的硅纳米片材料；所述衬底的厚度为0.5-3mm；所述硅纳米片材料的厚度为1-50nm；所述衬底为晶体、玻璃或陶瓷材料；所述衬底背面镀以有利于激光振荡的介质膜。2.根据权利要求1所述的一种基于硅纳米片的激光脉冲调制器，其特征在于，所述衬底的厚度为2mm；所述硅纳米片材料的厚度为5nm；所述衬底为石英衬底或蓝宝石衬底。3.一种基于硅纳米片脉冲调制器的全固态激光器，其特征在于，包括沿光路依次安放的第一泵浦源、第一前腔镜、第一激光增益介质、权利要求1-2任一所述的基于硅纳米片的激光脉冲调制器、第一输出镜。4.根据权利要求3所述的一种基于硅纳米片脉冲调制器的全固态激光器，其特征在于，所述第一前腔镜和所述第一输出镜组成谐振腔，所述第一前腔镜镀以对激光波段高反射的介质膜，所述第一输出镜镀以对激光波段部分反射的介质膜；所述第一泵浦源为半导体激光二极管或氙灯；所述第一激光增益介质为所有能产生激光增益的固体介质，呈圆柱体或者长方体，其端面抛光或镀以有利于泵浦光吸收和激光振荡的介质膜。5.一种端面泵浦的硅纳米片被动调Q激光器，其特征在于，包括沿光路依次安放的第二泵浦源、第一光纤耦合系统、第一聚焦系统、第二前腔镜、第二激光增益介质、权利要求1-2任一所述的基于硅纳米片的激光脉冲调制器、第二输出镜。6.根据权利要求5所述的一种端面泵浦的硅纳米片被动调Q激光器，其特征在于，所述第二前腔镜与所述第二输出镜组成谐振腔，所述谐振腔长度为1-10cm；所述第二泵浦源为发射波长为808nm的激光二极管；所述第二前腔镜为平面镜，靠近所述第一聚焦系统的一端的表面镀以对808nm增透的介质膜，靠近所述第二激光增益介质的另一端的表面镀以对1.05-1.1μm高反射的介质膜；所述第二激光增益介质为Nd:YAG晶体；所述第二输出镜为平凹镜，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：王正平，张芳，王梦霞，许心光，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：新型
国别省市：山东,37