石墨烯锁模光泵薄片半导体激光器制造技术

本发明专利技术涉及石墨烯锁模光泵薄片半导体激光器，属于半导体激光器技术领域。本发明专利技术采用V形谐振腔及泵浦光源，谐振腔由出射端镜、中间反射镜、端面反射镜构成，其中，出射端镜采用输出耦合镜，中间反射镜采用安装在散热装置上的半导体增益芯片，泵浦光源通过透镜组照射于半导体增益芯片，其特征在于：所述端面反射镜采用石墨烯可饱和吸收镜，且石墨烯可饱和吸收镜包含石墨烯可饱和吸收层及多层介质膜反射镜层。由于可饱和吸收镜是采用零带隙石墨烯材料作为吸收区，因此可饱和吸收带宽没有波长选择性，可饱和恢复时间非常短，易于产生自启动皮秒或飞秒的超短脉冲输出。证明整个系统结构简单、易于调节、输出脉宽窄，重复频率高。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及石墨烯锁模光泵薄片半导体激光器，属于半导体激光器

技术介绍
石墨烯锁模光泵薄片半导体激光器(Graphene Mode-locked Optically PumpedThin Disk Semiconductor Lasers, GML-0PDSL)兼顾了面发射半导体激光器、边发射半导体激光器和固体激光器三者的优点，既有好的光斑模式TEM00 (与边发射半导体激光器相比)和较高的输出功率(与面发射半导体激光器相比)，波长又很容易设计成不同波段(与固体激光器相比)；除此之外，还有ー个极大的优点是GML-0PDSL的増益芯片和腔镜是分离的，激光腔中可以加入加入调谐元件，获得不同的功能。当在腔中加入石墨烯可饱和吸收元件吋，引入被动锁模机制，即可产生皮秒或飞秒宽度的脉冲输出。而超短脉冲激光在生物医学、光通讯、光时钟信号等领域有很重要的应用价值。在生物医学中观测的活性样品在连续光照射下容易被破坏，利用红外超短脉 冲光源的双光子吸收可以解决这个问题。典型的荧光蛋白质的吸收光谱一般在可见光范围内(例如488nm-514nm波长范围)，其双光子吸收的光源波长即为近红外波长(例如976nm-1028nm附近)，是GaAs/InGaAs的发光波段，材料制作エ艺比较成熟。另外，由于MTDSL的脉冲重复频率不受电调制的限制，可以做得很高(MOGHz)，作为计算机或者光通信的时钟信号很有发展前途。现有的薄片半导体激光器包括泵浦光源、散热装置、半导体增益芯片、外腔镜，输出光为连续光；所述的锁模薄片半导体激光器在腔内加入石墨烯可饱和元件，能够实现锁模运转，输出Ps或fs级激光脉冲。由于石墨烯材料为零带隙的材料，理论上它的可饱和吸收特性对波长没有选择特性。非常适合做各种不同波长的锁模器件，得到稳定的自启动锁模脉冲输出。但石墨烯可饱和元件如何设置才能有效地产生超短脉冲光，目前还在探索阶段。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供ー种利用石墨烯可饱和吸收镜作为锁模元件的自启动锁模薄片半导体激光器，实现皮秒或飞秒的超短脉冲输出。为了实现上述目的，本专利技术采取了如下技术方案采用V形谐振腔及泵浦光源，谐振腔由出射端镜、中间反射镜、端面反射镜构成，其中，出射端镜采用输出耦合镜，中间反射镜采用安装在散热装置上的半导体增益芯片，泵浦光源通过透镜组照射于半导体増益芯片。所述端面反射镜采用石墨烯可饱和吸收镜，且石墨烯可饱和吸收镜包含可饱和吸收层及多层介质膜反射镜层；量子阱有源区、布拉格反射层在300-450度的温度下生长而成。所述半导体増益芯片包含周期性多量子阱层和布拉格反射镜层，其中周期性多量子阱层由交替的半导体量子阱有源层和量子阱势垒层构成。所述泵浦光源是800-810nm波长的半导体激光器；半导体增益芯片中的周期性多量子阱层中的半导体量子阱有源层为InGaAs，其中In含量为0. 18-0. 20，量子阱势垒层为GaAs或AlGaAs，其中量子阱个数为6-16个；半导体增益芯片的布拉格反射镜层为26-28对GaAs/AlAs ；输出耦合镜为光学玻璃，镀有对I微米波长的激光透射率1%_10%的宽带介质膜；可饱和吸收镜中含有石墨烯吸收区及多层介质膜反射镜层，可饱和吸收区为1-7层零带隙的石墨烯材料，多层介质膜反射镜层为20-25对SiO2/ Ti02。当所述泵浦光源是630_670nm半导体激光器；半导体增益芯片中的周期性多量子阱层中的半导体量子阱有源层及量子阱势垒层为GaAs/AlGaAs ;半导体增益芯片的布拉格反射镜层为26-28对GaAs/AlAs ;输出耦合镜为光学玻璃，镀有对850nm附近激光透射率1%-10%的宽带介质膜；可饱和吸收镜含有石墨烯吸收区及多层介质膜反射镜层，可饱和吸收区为1-7层零带隙的石墨烯材料，多层介质膜反射镜层为20-25对SiO2/ Ti02。可以得到波长850nm的激光脉冲。当所述泵浦光源是808nm半导体激光器；半导体增益芯片中的周期性多量子阱 层中的半导体量子阱有源层及量子阱势垒层为GalnNAs/GaAs ;半导体增益芯片的布拉格反射镜层为26-28对GaAs/AlAs ;输出耦合镜为光学玻璃，镀有对1220nm附近激光透射率1%-10%的宽带介质膜；可饱和吸收镜中含有石墨烯吸收区及多层介质膜反射镜层，可饱和吸收区为1-7层零带隙的石墨烯材料，多层介质膜反射镜层为20-25对SiO2/ Ti02。可以得到波长1220nm的激光脉冲。当所述泵浦光源是976nm半导体激光器；半导体增益芯片中的周期性多量子阱层中的半导体量子阱有源层及量子阱势垒层为InGaAsP/InP ;半导体增益芯片的布拉格反射镜层为26-28对GaAs/AlAs ;输出耦合镜为光学玻璃，镀有对1550nm附近激光透射率1%-10%的宽带介质膜；可饱和吸收镜中含有石墨烯吸收区及多层介质膜反射镜层，可饱和吸收区为1-7层零带隙的石墨烯材料，多层介质膜反射镜层为20-25对SiO2/ Ti02。可以得到波长1550nm的激光脉冲。本专利技术的积极效果在光泵锁模薄片半导体激光器中加入了简单的锁模元件-石墨烯可饱和吸收镜，而实现了锁模脉冲输出；由于可饱和吸收镜是采用零带隙石墨烯材料作为吸收区，因此可饱和吸收带宽没有波长选择性，可饱和恢复时间非常短，易于产生自启动皮秒或飞秒的超短脉冲输出。整个系统结构简单、易于调节、输出脉宽窄，重复频率高。附图说明图I为本专利技术中的锁模薄片半导体激光器结构示意图；图2为锁模薄片半导体激光器中的半导体增益芯片结构图；图3为本专利技术中的石墨烯可饱和吸收镜结构图；图4为本专利技术中的散热装置的结构示意图。图中1、泵浦光源，2、透镜组，3、半导体增益芯片，4、散热装置，5、可饱和吸收锁模元件，6、基质衬底，7、输出耦合镜，8、激光脉沖，9、窗ロ层，10、半导体量子阱层，11、量子阱势垒层，12、布拉格反射层，13、衬底，14、保护层，15、石墨烯可饱和吸收层，16、多层介质反射层，17、石英衬底，18、热沉，19、半导体制冷芯片，20、水循环装置，21、水嘴。具体实施方式下面结合附图1-4及一些实施例对本专利技术进行详细说明如图I所示，本专利技术的石磨稀光泵锁模薄片半导体激光器包括泵浦光源I、半导体増益芯片3、散热装置4、石墨烯锁模元件5、热沉6、输出耦合镜7。所述的锁模元件为石墨烯可饱和吸收镜，主要包括石墨烯可饱和吸收区15和多层介质膜反射层16，在作可饱和吸收元件调制腔内光强的同时，也起到了折叠光和高反镜的作用。由于石墨烯材料的零带隙及恢复时间短的特性，使得它易于实现自启动、稳定的锁模输出，这样的设置易于调节和锁模，且易输出高重复频率，窄脉宽的激光脉冲，工作状态稳定。在石墨烯层上面还可以镀有防止石墨烯氧化的保护层14，保护层为SiO2或Ti02。半导体增益芯片3的结构如图2所示，由窗ロ层9、量子阱有源区、布拉格反射层12、衬底13构成，半导体增益芯片3安装在散热装置4上组成。其中，量子阱有源区为周期性多量子阱层，由半导体量子阱有源层10和量子阱势垒层11交替构成。石墨烯可饱和吸收镜5的结构示意图如图3所示。包含石墨烯可饱和吸收层、多 层介质膜反射镜层以及石英衬底。其中石墨烯可饱和吸收层15为1-7成石墨烯材料、多层本文档来自技高网...

【技术保护点】
石墨烯锁模光泵薄片半导体激光器，采用V形谐振腔及泵浦光源，谐振腔由出射端镜、中间反射镜、端面反射镜构成，其中，出射端镜采用输出耦合镜，中间反射镜采用安装在散热装置上的半导体增益芯片，泵浦光源通过透镜组照射于半导体增益芯片，其特征在于：所述端面反射镜采用石墨烯可饱和吸收镜，且石墨烯可饱和吸收镜包括镀多层介质膜反射镜层和石墨烯层。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：宋晏蓉，于振华，张晓，田金荣，张鹏，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：