基于二维材料异质结和主动调制开关双调制的锁模激光器制造技术

本实用新型专利技术提供了一种基于二维材料异质结和主动调制开关双调制的锁模激光器。其包括：泵浦源、传能光纤、耦合透镜组、激光增益介质、调制开关、偏振片、二维材料异质结、输入镜、全反镜和输出镜，输入镜、全反镜和输出镜构成激光谐振腔，激光增益介质、调制开关及偏振片位于激光谐振腔内；由泵浦源输出的泵浦光经传能光纤进入耦合透镜组耦合，然后经输入镜到激光增益介质进行泵浦；激光经过增益介质的放大后通过经主动调制开关、偏振片进行一次调制；一次调制后的激光经全反镜反射通过二维材料异质结进行二次调制后从输出镜输出。

【技术实现步骤摘要】
基于二维材料异质结和主动调制开关双调制的锁模激光器
本技术涉及一种基于二维材料异质结和主动调制开关双调制的锁模激光器，属于激光

技术介绍
中红外波段的激光因其独特的优势被人们广泛关注。作为人眼安全窗口，中红外波段的电磁波不会对眼睛造成不可恢复的损伤。此外，由于多种大气成分的特征吸收光谱均与2μm波段的激光相对应，故其在环境监测和空间通信等领域具有广泛的应用。在医疗领域，中红外波段激光更加适合进行健康检查或者小损伤及高精度的外科手术，甚至可以在不损伤正常细胞的前提下仅仅消灭癌细胞。在科研领域，中红外波段的激光也有着重要的应用价值。利用中红外超快激光脉冲与物质相互作用，可获得更高能量的紫外乃至X射线波段光子。此外，中红外波段的超快激光已成为非线性激光雷达、军事对抗技术的前沿热点，具有极高的军事价值。因此，对中红外波段激光及激光器件的研究对于国家安全和国民经济建设具有十分重要的意义。“更高、更快、更强”一直是人类社会追求的目标，在激光领域也是如此。对于中红外波段的激光来讲，更高的峰值功率和更短的脉宽是国内外研究人员共同追求的目标。而制约激光特性的因素主要有两个方面，一是激光技术的运用，二是核心材料和元件的选择。在激光技术方面，相比于主动锁模技术，基于可饱和吸收体的被动锁模技术可以产生更短的脉宽，且激光器整体更加简单、紧凑。但是，单纯依赖可饱和吸收体调制锁模的激光脉冲大多具有超高的重复频率，这从某些程度上限制了脉冲峰值功率的提高。如何能够在获得锁模级脉冲宽度的同时降低脉冲的重复频率，提高脉冲峰值功率是目前全固态激光领域急需解决的问题之一。此外，到目前为止，中红外波段应用最多的可饱和吸收调制材料依然是SESAM。但是，SESAM的使用却有极大的局限性，对1.9μm以上波段的激光，无法精确地控制其饱和通量、恢复时间等参数，也无法实现宽带调制。此外，制备SESAM技术复杂、费用极高。相比于SESAM，近几年广泛应用的二维材料可饱和吸收体，包括石墨烯(Graphene)、过渡金属硫化物(TMDCs)、拓扑绝缘体(TIs)和黑磷(BP)等，因为具有制作简单，成本低，且光谱范围宽，可饱和吸收特性好等优点被研究人员高度重视。但是，几乎所有的单层或者少层二维材料可饱和吸收体都存在易氧化，抗损伤能力低等问题。如何寻找一种更加适合的可饱和吸收体成为中红外激光领域急需解决的问题之一。目前，单独应用二维材料调制的全固态激光器的报道中，能够实现稳定的锁模脉冲输出的报道还很少见，大多数的文献报道是采用二维材料进行调Q脉冲调制，在泵浦功率8W左右时单个调Q包络的脉冲能量约在1μJ(典型值)“SeveralnanosecondNd：YVO4lasersQ-switchedbytwodimensionalmaterials：tungstendisulfide，molybdenumdisulfide，andblackphosphorous，”Opt.Express25，6244(2017)”。二维材料异质结的应用，成功实现了基于二维材料的全固态锁模脉冲输出，2015年，赵刚等人利用Graphene/MoS2异质结作为可饱和吸收体，成功实现了重频为1GHz的稳定皮秒级超短脉冲输出“Preparationof2DMoS2/GrapheneHeterostructurethroughaMonolayerIntercalationMethodanditsApplicationasanOpticalModulatorinPulsedLaserGeneration，”AdvancedOpticalMaterials，3(7)，937-942(2015)”。但他们获得的锁模脉冲的单脉冲能量仅为0.5nJ，峰值功率仅为3W左右。
技术实现思路
针对全固态激光领域现存的问题，本技术提供了一种基于二维材料异质结和主动调制开关双调制的锁模激光器。本技术为实现上述目的，通过以下技术方案实现：一种基于二维材料异质结和主动调制开关双调制的锁模激光器，包括：泵浦源、传能光纤、耦合透镜组、激光增益介质、调制开关、偏振片、二维材料异质结、输入镜、全反镜和输出镜，输入镜、全反镜和输出镜构成激光谐振腔，激光增益介质、调制开关及偏振片位于激光谐振腔内；由泵浦源输出的泵浦光经传能光纤进入耦合透镜组耦合，然后经输入镜到激光增益介质进行泵浦；激光经过增益介质的放大后经主动调制开关、偏振片进行一次调制；一次调制后的激光经全反镜反射通过二维材料异质结进行二次调制后从输出镜输出。所述基于二维材料异质结和主动调制开关双调制的锁模激光器优选方案，激光增益介质选择近红外或中红外波段的激光晶体，晶体端镀泵浦光增透膜R≥99％，另一端镀有泵浦光和振荡激光增透膜，R≤0.1％。所述基于二维材料异质结和主动调制开关双调制的锁模激光器优选方案，输入镜是平面镜，表面镀有泵浦光增透膜：R≤0.1％，以及振荡激光高反膜：R≥99％，输入镜厚度约为1～2mm，镀膜波长以所用的泵浦光的波长和振荡激光的波长为准。所述基于二维材料异质结和主动调制开关双调制的锁模激光器优选方案，输出镜是平面镜镀有振荡激光部分透过膜，T＝1～20％，输出镜厚度约为1～2mm，镀膜波长以振荡激光的波长为准。所述基于二维材料异质结和主动调制开关双调制的锁模激光器优选方案，全反镜为谐振腔的腔镜，包括第一反射镜和第二反射镜，第一反射镜和第二反射镜曲率半径分别为500mm和150mm的凹面镜，均镀振荡激光的高反膜，R≥99％，腔镜厚度约为1～2mm，镀膜波长以振荡激光的波长为准。所述基于二维材料异质结和主动调制开关双调制的锁模激光器优选方案，偏振片为λ/4波片。所述基于二维材料异质结和主动调制开关双调制的锁模激光器优选方案，调制开关为BBO晶体或RTP晶体，双面镀有振荡激光的增透膜，驱动电压为3.8KV，频率为1-5kHZ。本技术的优点在于：以二维材料异质结作为可饱和吸收材料，结合主动调制开关进行激光器可调频锁模脉冲调制。本技术作为可饱和吸收体的二维材料异质结可以满足从近红外到中红外波段均可适用的宽吸收谱特性，可以实现锁模脉冲调制，主动调制开关用来管理脉冲的重复频率，二者同时应用于一个激光谐振腔内，在泵浦功率下可以产生调Q锁模现象，随着泵浦功率增强，激光器输出的调Q锁模脉冲的调Q包络宽度显著压缩，当泵浦功率达到一定数值时，每个调Q包络中只剩下一个锁模脉冲，该脉冲的重复频率与调制开关的调制频率相同，且具备整个调Q包络的脉冲能量，峰值功率显著提升，最终实现脉冲频率由外部调制信号控制的高峰值功率锁模脉冲串输出。附图说明附图用来提供对本技术的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本技术的实施例一起用于解释本技术，并不构成对本技术的限制。图1为本技术提供的一种基于二维材料异质结及主动调制开关双调制的可调频锁模激光器示意图。图2为二维材料异质结的制备示意图。图3为二维材料异质本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于二维材料异质结和主动调制开关双调制的锁模激光器，其特征在于：包括：泵浦源(1)、传能光纤(2)、耦合透镜组(3)、激光增益介质(5)、主动调制开关(6)、偏振片(7)、二维材料异质结(10)、输入镜(4)、全反镜和输出镜(11)，输入镜(4)、全反镜和输出镜(11)构成激光谐振腔，激光增益介质(5)、调制开关(6)及偏振片(7)位于激光谐振腔内；/n由泵浦源(1)输出的泵浦光经传能光纤(2)进入耦合透镜组(3)耦合，然后经输入镜(4)到激光增益介质(5)进行泵浦；/n激光经过增益介质(5)的放大后通过经主动调制开关(6)、偏振片(7)进行一次调制；/n一次调制后的激光经全反镜反射通过二维材料异质结(10)进行二次调制后从输出镜(11)输出。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于二维材料异质结和主动调制开关双调制的锁模激光器，其特征在于：包括：泵浦源(1)、传能光纤(2)、耦合透镜组(3)、激光增益介质(5)、主动调制开关(6)、偏振片(7)、二维材料异质结(10)、输入镜(4)、全反镜和输出镜(11)，输入镜(4)、全反镜和输出镜(11)构成激光谐振腔，激光增益介质(5)、调制开关(6)及偏振片(7)位于激光谐振腔内；
由泵浦源(1)输出的泵浦光经传能光纤(2)进入耦合透镜组(3)耦合，然后经输入镜(4)到激光增益介质(5)进行泵浦；
激光经过增益介质(5)的放大后通过经主动调制开关(6)、偏振片(7)进行一次调制；
一次调制后的激光经全反镜反射通过二维材料异质结(10)进行二次调制后从输出镜(11)输出。


2.根据权利要求1所述基于二维材料异质结和主动调制开关双调制的锁模激光器，其特征在于：激光增益介质(5)选择近红外或中红外波段的激光晶体，晶体端镀泵浦光增透膜R≥99％，另一端镀有泵浦光和振荡激光增透膜，R≤0.1％。


3.根据权利要求1所述基于二维材料异质结和主动调制开关双调制的锁模激光器...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐文婧，孙旺根，李星宇，夏伟，蒋锴，
申请(专利权)人：济南大学，
类型：新型
国别省市：山东;37