一种基于石墨炔可饱和吸收体被动调Q固体激光器制造技术

本发明专利技术涉及基于可饱和吸收体的被动调Q激光器，针对现有可饱和吸收体导热性差、稳定性低、光谱响应窄、制备工艺复杂、工作寿命短、生产成本高等问题，设计了一种基于石墨炔可饱和吸收体被动调Q激光器。其中主要包括：泵浦源、光学准直聚焦系统、谐振腔的输入镜、激光增益介质、可饱和吸收体、谐振腔的输出镜。所述激光增益介质为Tm：YAP晶体，所述可饱和吸收体为石墨炔。被动调Q固体激光器通过中心波长792nm的泵浦源提供稳定的脉冲能量，经过准直聚焦系统后，通过谐振腔的输入镜入射到激光增益介质中，激光增益介质中的激活离子发生粒子数反转产生受激辐射，再利用可饱和吸收体的饱和吸收特性调节谐振腔的损耗以产生调Q脉冲。所产生的调Q脉冲由谐振腔的输出腔镜进行输出。本发明专利技术被动调Q固体激光器结构简单、紧凑，所输出的2μm波段激光，位于水分子吸收峰和人眼安全领域，在国家军事、医疗诊断、大气环境监测等领域发挥了不可替代的作用。发挥了不可替代的作用。

【技术实现步骤摘要】
一种基于石墨炔可饱和吸收体被动调Q固体激光器


[0001]本专利技术涉及激光器领域，具体为一种基于石墨炔可饱和吸收体被动调Q固体激光器。

技术介绍

[0002]可饱和吸收体是一种被广泛应用于调Q及锁模激光器中的重要器件。当可饱和吸收体被一束光激发，载流子从基态被泵浦到激发态，在强激发状态下，基态离子被耗尽，激发态被部分占据，所以吸收达到饱和。激发态通过热稳定以及复合过程，重新回到基态，于是就能够吸收光子。通过可饱和吸收体的这种损耗机制，连续激光器中杂乱的多脉冲将可以被调制成有规律的超短脉冲串，从而实现激光的调Q及锁模。因此，可饱和吸收体在短脉冲激光器中有着重要的应用价值。通常可作为可饱和吸收体的材料种类较多，如有机染料，晶体半导体等。
[0003]近几年,二维材料的出现使得超快激光器得到了迅速的发展,二维材料指的是原子层状材料,它的厚度可以为单层或者几层,具有较强的层内共价键和较弱的层间范德瓦耳斯力,在没有层间相互作用的干扰下,电子的运动局限在二维系统内,这导致二维材料具有许多新颖的电学特性和光学特性，二维材料中,石墨烯是最先被发现的单原子层材料,具有非凡的力、热、电、光等特性,2009年在科研人员不断努力下,首次实现了基于石墨烯的超快脉冲激光,由此打开了二维材料和超快激光器相结合的大门,为超短脉冲激光技术发展注入了新的活力和动力。
[0004]被动调Q固体激光器由于具备低廉的价格、简易的构造、较高的峰值功率和单脉冲能量等优点，被广泛的应用于生物医学、遥感、科研等领域。可饱和吸收体在被动调Q固体激光器中具有举足轻重的地位。Tm:YAP晶体具有极高的稳定性和可靠性，且使用寿命长、使用简单、损伤阈值高，是目前市场上用于微片激光器的一种理想的被动Q开关。此外，随着科学技术的发展，一些新型的具有非线性光学响应的宽带可饱和吸收体也相继进入科研工作者的视野，并被应用于被动调Q固体激光器中。这些新材料的制备成本更加低廉、制备工艺更加简单，是高性能被动调Q固体激光器中一种不错的Q开关，也是现在科研领域的一个新的方向。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是针对现有可饱和吸收体导热性差、稳定性低、光谱响应窄、制备工艺复杂、工作寿命短、生产成本高等问题，而提供一种基于石墨炔可饱和吸收体被动调Q固体激光器。
[0006]基于石墨炔可饱和吸收体被动调Q固体激光器，包括以下步骤：
[0007]所述固体激光器包括泵浦源、光学准直聚焦系统、谐振腔的输入镜、激光增益介质、可饱和吸收体和谐振腔的输出镜。
[0008]被动调Q固体激光器通过中心波长792nm的泵浦源提供稳定的脉冲能量，经过准直
聚焦系统后，通过谐振腔的输入镜入射到激光增益介质中，激光增益介质中的激活离子发生粒子数反转产生受激辐射，再利用可饱和吸收体的饱和吸收特性调节谐振腔的损耗以产生调Q脉冲。所产生的调Q脉冲由谐振腔的输出腔镜进行输出。
[0009]其中，泵浦源为中心波长792nm的激光二极管，纤芯直径106μm，数值孔径0.22。
[0010]其中，光学准直聚焦系统包括准直镜和聚焦镜，将泵浦激光准直聚焦到激光增益介质端面上，准直镜焦距25mm，聚焦镜焦距50mm。
[0011]其中，所述谐振腔的输入镜为一曲率半径为100mm的平凹镜，其两面均涂有790nm
‑
810nm的高透光材料，凹面腔内一侧涂有从1800nm
‑
2200nm的高反射率材料。
[0012]其中，所述谐振腔的输出镜是腔内涂有1900
‑
2200nm处透光率为2.5％的平面镜。
[0013]其中，所述激光增益介质为b轴切割掺杂浓度为3％的Tm:YAP晶体，两面覆盖了790
–
800nm和1890
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2100nm的高透射率(T>99.5％)材料。晶体两侧用银箔包裹以传递实验过程中产生的热量，并放置在水冷铜块中，使晶体温度保持在285.15K。
[0014]其中，所述由输入镜和输出镜组成的光学谐振腔的腔长为35mm。
[0015]其中，所述可饱和吸收体为通过液相剥离方法制备的单层石墨炔材料。
[0016]本专利技术与现有技术相比具备以下优势：
[0017]本专利技术激光器使用Tm:YAP晶体作为激光增益介质，石墨炔作为可饱和吸收体实现了2μm波段被动调Q固体激光器，并且具有稳定的谐振器、大重复率和窄脉冲宽度等优点。预计我们的研究结果将为二维GDY材料在超精细光子学中的研究带来新的启示，对GDY的应用和新型非线性光学材料的发展具有重要意义。
附图说明
[0018]图1为本专利技术基于石墨炔可饱和吸收体被动调Q固体激光器结构图；
[0019]图2为本专利技术激光器的调Q脉冲输出光谱图；
[0020]图3为本专利技术激光器调Q脉冲的脉冲重复率和脉冲宽度与泵浦功率的关系图；
[0021]图4为本专利技术激光器调Q脉冲的脉冲序列图；
[0022]图5为本专利技术激光器调Q脉冲的单脉冲轨迹图；
具体实施方式
[0023]下面结合附图和实施例对本专利技术做进一步详细说明。
[0024]实施例
[0025]请参阅图1，本专利技术提供一种技术方案：一种基于石墨炔可饱和吸收体被动调Q固体激光器，其特征在于：所述固体激光器包括泵浦源、光学准直聚焦系统、谐振腔的输入镜、激光增益介质、可饱和吸收体和谐振腔的输出镜。
[0026]被动调Q固体激光器通过中心波长792nm的泵浦源提供稳定的脉冲能量，经过准直聚焦系统后，通过谐振腔的输入镜入射到激光增益介质中，激光增益介质中的激活离子发生粒子数反转产生受激辐射，再利用可饱和吸收体的饱和吸收特性调节谐振腔的损耗以产生调Q脉冲。所产生的调Q脉冲由谐振腔的输出腔镜进行输出。
[0027]所述激光器泵浦源为中心波长792nm的激光二极管，纤芯直径106μm，数值孔径0.22；光学准直聚焦系统包括准直镜和聚焦镜，将泵浦激光准直聚焦到激光增益介质端面
上，准直镜焦距25mm，聚焦镜焦距50mm；谐振腔的输入镜为一曲率半径为100mm的平凹镜，其两面均涂有790nm
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810nm的高透光材料，凹面腔内一侧涂有从1800nm
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2200nm的高反射率材料；谐振腔的输出镜是腔内涂有1900
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2200nm处透光率为2.5％的平面镜；激光增益介质为b轴切割掺杂浓度为3％的Tm:YAP晶体，两面覆盖了790
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800nm和1890
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2100nm的高透射率(T>99.5％)材料。晶体两侧用银箔包裹以传递实验过程中产生的热量，并放置在水冷铜块中，使晶体温度保持在285.15K；输入镜和输出镜组成的光学谐振腔的腔长为35mm；所述可饱和吸收体为通过液相剥离方法制备的单层石墨炔材料；
[0028]图2至图5展示了本专利技术激光器调Q输出性能。如图2所示，调Q本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于石墨炔可饱和吸收体被动调Q固体激光器，其特征在于：所述固体激光器包括泵浦源(1)、光学准直聚焦系统(2)、谐振腔的输入镜(3)、激光增益介质(4)、可饱和吸收体(5)和谐振腔的输出镜(6)。被动调Q固体激光器通过中心波长792nm的泵浦源提供稳定的脉冲能量，经过准直聚焦系统后，通过谐振腔的输入镜入射到激光增益介质中，激光增益介质中的激活离子发生粒子数反转产生受激辐射，再利用可饱和吸收体的饱和吸收特性调节谐振腔的损耗以产生调Q脉冲。所产生的调Q脉冲由谐振腔的输出腔镜进行输出。2.根据权利要求1所述一种基于石墨炔可饱和吸收体被动调Q固体激光器，其特征在于：泵浦源为中心波长792nm的激光二极管，纤芯直径106μm，数值孔径0.22。3.根据权利要求1所述一种基于石墨炔可饱和吸收体被动调Q固体激光器，其特征在于：光学准直聚焦系统包括准直镜和聚焦镜，将泵浦激光准直聚焦到激光增益介质端面上，准直镜焦距25mm，聚焦镜焦距50mm。4.根据权利要求1所述一种基于石墨炔可饱和吸收体被动调Q固体激光器，其特征在于：所述谐振腔的输入镜为一曲率半径为100mm的平凹镜，其两面均涂有790nm

【专利技术属性】
技术研发人员：吴卿，王彦语，赵刚，冉钧鸿，肖营，
申请(专利权)人：哈尔滨理工大学，
类型：发明
国别省市：