The present invention provides a novel graphene quantum dot doped GaO crystal solid state laser, which comprises a metal heat sink, a resonant cavity and a LD pump source, a coupling unit, an input mirror, a gain medium, an acousto-optic crystal and an output mirror arranged in sequence; the acousto-optic crystal is a graphene quantum dot doped GaO crystal material; the graphene quantum dot doped GaO crystal material comprises a beta-doped GaO crystal material. Ga2O3 matrix material and doped graphene quantum dots with 0.005%-0.03% mass fraction. The solid-state laser uses graphene quantum dots doped gallium oxide crystal as excitation crystal, graphene quantum dots doped gallium oxide crystal material as matrix and graphene quantum dots as doping matrix. Because the graphene quantum dots prepared by the invention have narrow size distribution and are coated with zirconia coating, doped uniformly, not only have good electrical conductivity, but also have high tolerance, and have better performance. Wide emission spectrum and high thermal conductivity.
【技术实现步骤摘要】
一种新型石墨烯量子点掺杂氧化镓晶体固体激光器
本专利技术涉及激光设备领域,特别一种新型石墨烯量子点掺杂氧化镓晶体固体激光器。
技术介绍
热效应会导致热退偏、热致衍射损耗等问题,严重影响激光器的输出功率、转换效率以及光束质量等主要性能指标,严重时甚至引起增益介质的损坏,是高功率激光器性能的最主要限制因素。为缓解热效应带来的影响,相关领域的技术人员通过采用板条、DISK和光纤等形式的增益介质,增加增益介质的表面积体积比,大幅提高散热效率,从而极大地推进了激光器的功率输出能力。与板条和DISK激光器相比,光纤激光器具有如下几方面的优势:其泵浦结构较为简单;光纤本身的结构对于模式的限制作用使之在光束质量方面也存在明显优势;能够采用光纤耦合输出,应用环境适应性很好;基于这些优点,光纤激光器已成为高功率激光器的主要发展方向之一。然而,高功率光纤激光器发展的一个明显障碍在于,目前广泛用作有源光纤基质的石英玻璃导热系数很小,仅为1.4-1.6Wm-1K-1,小导热系数对散热带来巨大的不利影响,因此光纤激光器高功率运转时仍然对于制冷有较高的要求,也限制了其功率的继续提升。对于单晶激光增益介质而言,常用的激光晶体钇铝石榴石(YAG)晶体导热系数~14Wm-1K-1,铝酸钇(YAP)晶体的导热系数也超过~11Wm-1K-1,高于石英玻璃数倍;因此,可考虑采用单晶作为有源光纤的基质,利用其高导热系数改善光纤本身的散热性能,降低系统对于制冷的要求,简化系统的复杂性,提升激光器的功率和光束质量等输出性能指标。蓝宝石晶体的化学成分为氧化铝(Al2O3),是由三个氧原子和两个铝原子以共价 ...
【技术保护点】
1.一种新型石墨烯量子点掺杂氧化镓晶体固体激光器,其特征在于:包括金属热沉(7)、谐振腔(8)以及依次设置的LD泵浦源(1)、耦合单元(2)、输入镜(3)、增益介质(4)、声光晶体(5)、输出镜(6);所述LD泵浦源(1)、耦合单元(2)、输入镜(3)、增益介质(4)、声光晶体(5)、输出镜(6)依次连接,所述金属热沉(7)环设于增益介质(4)外侧壁上,所述输入镜(3)、增益介质(4)、声光晶体(5)、输出镜(6)设置于谐振腔(8)内;所述声光晶体(5)为石墨烯量子点掺杂氧化镓晶体材料;所述石墨烯量子点掺杂氧化镓晶体材料包括β‑Ga2O3基质材料,以及掺杂质量分数0.005%~0.03%的石墨烯量子点。
【技术特征摘要】
1.一种新型石墨烯量子点掺杂氧化镓晶体固体激光器,其特征在于:包括金属热沉(7)、谐振腔(8)以及依次设置的LD泵浦源(1)、耦合单元(2)、输入镜(3)、增益介质(4)、声光晶体(5)、输出镜(6);所述LD泵浦源(1)、耦合单元(2)、输入镜(3)、增益介质(4)、声光晶体(5)、输出镜(6)依次连接,所述金属热沉(7)环设于增益介质(4)外侧壁上,所述输入镜(3)、增益介质(4)、声光晶体(5)、输出镜(6)设置于谐振腔(8)内;所述声光晶体(5)为石墨烯量子点掺杂氧化镓晶体材料;所述石墨烯量子点掺杂氧化镓晶体材料包括β-Ga2O3基质材料,以及掺杂质量分数0.005%~0.03%的石墨烯量子点。2.根据权利要求1所述的一种新型石墨烯量子点掺杂氧化镓晶体固体激光器,其特征在于:所述耦合单元(2)为光纤耦合系统,所述光纤耦合系统包括依次设置于一条直线上的第一耦合光学系统(21)、耦合光纤(22)、第二耦合光学系统(23)。3.根据权利要求1所述的一种新型石墨烯量子点掺杂氧化镓晶体固体激光器,其特征在于:所述增益介质(4)靠近输入镜(3)的一端表面镀有对808nm增透和对1064nm高反的双色膜。4.根据权利要求1所述的一种新型石墨烯量子点掺杂氧化镓晶体固体激光器,其特征在于:所述增益介质(4)靠近输出镜(6)的一端表面镀有对1064nm波段的增透膜。5.根据权利要求1所述的一种新型石墨烯量子点掺杂氧化镓晶体固体激光器,其特征在于:还包括水冷装置(9),所述水冷装置(9)设置于金属热沉(7)外表面。6.根据权利要求1所述的一种新型石墨烯量子点掺杂氧化镓晶体固体激光器,其特征在于:石墨烯量子点的掺杂质量分数为0.01%~0.02%,优选地,石墨烯量子点的掺杂质量分数为0.02%。7.根据权利要求1所述的一种新型石墨烯量子点掺杂氧化镓晶体固体激光器,其特征在于:所述的石墨烯量子点掺杂氧化镓晶体材料的制备方法,包括如下步骤:步骤1:将丙醇锆溶解于其5~10倍质量的乙醇中,搅拌下加入体积比为3:2的乙酰丙酮/水混合溶剂,室温下静置老化2~3天,制得涂层凝胶,所述乙醇和乙酰丙酮/水混合溶剂的体积比为25~40:1;步骤2:将石墨烯量子点加入步骤1所得涂层凝胶中,搅拌均匀后,60℃干燥8~24h;步骤3:重复步骤23~5次,500℃下烘烤30m...
【专利技术属性】
技术研发人员:沈荣存,
申请(专利权)人:南京同溧晶体材料研究院有限公司,
类型:发明
国别省市:江苏,32
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