专利名称：中红外飞秒锁模激光器的制作方法
技术领域：
本发明涉及中红外固体激光器，特别是一种中红外飞秒锁模激光器。
背景技术：
得益于上世纪80年代钛宝石等激光材料和锁模技术的发展，目前0.8-1.0 μπι 波段的超快激光产生技术非常成熟，这一波段的商业化产品不断涌现。然而，随着物理学的不断发展，人们发现很多超快激光与物质相互作用过程与激光波长密切相关，因此不断拓宽超快激光的波长覆盖范围成为当今一个新的挑战。2-3微米近中红外激光波段毗邻目前锁模激光技术最为成熟的ι μ m波段，该波段超快激光在时间分辨分子光谱学、光参量啁啾脉冲放大(OPCPA)、多光子显微镜，半导体材料微加工等领域都有着非常重要的潜在应用。 但受2-3 μ m波段的锁模技术与检测技术的制约，2-3 μ m波段激光器锁模目前还存在很多问题，一方面，由于2-3um激光增益介质较低的发射截面，不仅使得谐振腔对于调整精度非常敏感，而且也大大增加了实现稳定锁模输出激光功率阈值；另一方面，虽然在近红外波段用于锁模的半导体可饱和吸收镜(SESAM)技术非常成熟，早已应用到商业化激光器中，但在中红外波段，用于固体锁模激光器的SESAM仍存在不少问题，同时SESAM较高的饱和能流要求也加大了在2um波段实现稳定锁模的难度。而石墨烯材料由于自身零带隙的特点，在从可见光到远红外波长范围内都可以作为可饱和吸收材料实现激光锁模输出，近年来石墨烯在Ium和1. 5um光谱区的锁模实验结果也验证了石墨烯在宽光谱范围内作为锁模器件的可行性，同时由于CVD生长的大面积石墨烯相对于SESAM制作及成本上的优势使之成为中红外区域一种非常有吸引力的潜在锁模元件。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种中红外飞秒锁模激光器， 将CVD方法生长的大面积石墨烯转移到激光全反镜上作为锁模元件，在激光二极管(简称为LD)泵浦条件下利用掺铥钙锂铌镓石榴石晶体(Tm =CLNGG晶体)在2um波段实现飞秒激光锁模输出。本发明的技术解决方案如下
一种中红外飞秒锁模激光器，特点在于其构成包括激光二极管、准直镜、聚焦镜、输入球面镜、激光介质、球面高反镜、球面高反聚焦镜、石墨烯锁模元件、色散补偿棱镜对、狭缝、 输出耦合镜，各元件的连接关系是沿所述的激光二极管输出的泵浦光束方向依次是所述的准直镜、聚焦镜、输入球面镜、激光介质、球面高反镜，在所述的输入球面镜、球面高反镜、 球面高反聚焦镜、输出耦合镜和石墨烯锁模元件构成的激光谐振腔中的激光经所述的输入球面镜反射到所述的球面高反聚焦镜上，激光经过球面高反聚焦镜聚焦到石墨烯锁模元件后沿原路返回，依次再经过球面高反聚焦镜、输入球面镜、激光晶体、球面高反镜，由该球面高反镜偏转反射到色散补偿棱镜对，经所述的色散补偿棱镜对色散补偿后，经所述的狭缝选模从输出耦合镜输出。
所述的激光介质是掺铥激光晶体、掺钬的激光晶体、其他中红外激光陶瓷、或激光玻璃制成的。所述的石墨烯锁模元件是采用CVD方法生长的石墨烯转移到对于激光波长的高反射镜上，所述的高反射镜是介质镜或金属镜。转移过程首先是在生长有石墨烯的铜箔涂覆一层聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)，然后利用FeCl3等溶液将铜箔溶解，溶解完成后将剩下的附有石墨烯的PMMA用去离子水清洗干净并转移到激光高反镜片上，最后用丙酮去除掉 PMMA,这样就只剩下石墨烯附着在镜片上。所述的石墨烯锁模元件在激光器运转时通过外置充气装置不断向高反射镜面通惰性气体以达到隔绝空气进行保护的目的。所述的色散补偿棱镜对是由CaF2、中红外石英或S^e制成的。与现有技术相比，本发明的有益效果是
(1)成功实现了中红外波段锁模激光器稳定的连续飞秒激光脉冲输出。(2)利用石墨烯可饱和吸收镜在2um波段实现稳定激光锁模输出，证实了石墨烯在此波段内作为锁模元件的有效性。(3) CVD生长的大面积石墨烯可饱和吸收镜不仅制作相对简单，成本低廉，而且石墨烯相对SESAM较低的饱和能流使得在相同条件下激光器更容易实现稳定的连续锁模。(4)利用商业化的激光二极管(Laser Diode)作为泵浦源，避免了钛宝石激光器作为泵浦源带来的2um波段锁模激光器泵浦系统价格昂贵、体积庞大等问题。
图1是本发明中红外飞秒锁模激光器的结构示意图。
具体实施例方式下面结合实施例和附图对本发明作进一步说明，但不应以此限制本发明的保护范围。请参阅图1，图1是本发明中红外飞秒锁模激光器，如图所示，激光二极管1发出的泵浦光由准直镜2和聚焦镜3准直聚焦后，经过输入球面镜4聚焦到掺铥钙锂铌镓石榴石晶体(Tm:CLNGG5)内，引起粒子数反转并在激光谐振腔内形成激光振荡。激光谐振腔中的激光经输入球面镜4反射到所述的球面高反聚焦镜7上，激光经过球面高反聚焦镜7聚焦到石墨烯锁模元件8后沿原路返回，依次再经过球面高反聚焦镜7、输入球面镜4、激光晶体 5、球面高反镜6，由该球面高反镜6偏转反射到CaF2色散补偿棱镜对9，经CaF2色散补偿棱镜对9色散补偿后，通过狭缝10选模入射到耦合输出镜11上，由耦合输出镜11输出飞秒锁模激光脉冲序列。此外，在整个激光谐振腔结构不变的情况下，把掺铥钙锂铌镓石榴石晶体 (Tm CLNGG5 )换成其他激光介质，如掺铥乙铝石榴石(Tm YAG)激光陶瓷或掺铥激光玻璃，可实现同样效果。
权利要求
1.一种中红外飞秒锁模激光器，特征在于其构成包括激光二极管(1)、准直镜(2)、聚焦镜(3)、输入球面镜(4)、激光介质(5)、球面高反镜(6)、球面高反聚焦镜(7)、石墨烯锁模元件(8)、色散补偿棱镜对(9)、狭缝(10)、输出耦合镜(11)，各元件的连接关系是沿所述的激光二极管(1)输出的泵浦光束方向依次是所述的准直镜(2)、聚焦镜(3)、输入球面镜 (4)、激光介质(5)、球面高反镜(6)，在所述的输入球面镜(4)、球面高反镜(6)、球面高反聚焦镜(7)、输出耦合镜(11)和石墨烯锁模元件(8)构成的激光谐振腔中的激光经所述的输入球面镜(4)反射到所述的球面高反聚焦镜(7)上，激光经过球面高反聚焦镜(7)聚焦到石墨烯锁模元件(8)后沿原路返回，依次再经过球面高反聚焦镜(7)、输入球面镜(4)、激光晶体(5)、球面高反镜(6)，由该球面高反镜(6)偏转反射到色散补偿棱镜对(9)，经所述的色散补偿棱镜对(9 )色散补偿后，经所述的狭缝(10 )选模从输出耦合镜(11)输出。
2.根据权利要求1所述的中红外飞秒锁模激光器，其特征在于所述的激光介质(5)是掺铥激光晶体、掺钬的激光晶体、其他中红外激光陶瓷、或激光玻璃制成的。
3.根据权利要求1所述的中红外飞秒锁模激光器，其特征在于所述的石墨烯锁模元件 (8)是采用CVD方法生长的石墨烯转移到对于激光波长的高反射镜上，所述的高反射镜是介质镜或金属镜。
4.根据权利要求1所述的中红外飞秒锁模激光器，其特征在于所述的石墨烯锁模元件(8)在激光器运转时有惰性气体保护。
5.根据权利要求1所述的中红外飞秒锁模激光器，其特征在于所述的色散补偿棱镜对(9)是由CaF2、中红外石英或制成的。
全文摘要
一种中红外飞秒锁模激光器，包括沿激光二极管输出的泵浦光束方向依次设置的准直镜、聚焦镜、输入球面镜、激光介质、球面高反镜，在输入球面镜、球面高反镜、球面高反聚焦镜、输出耦合镜和石墨烯锁模元件构成的五镜激光谐振腔中的激光经输入球面镜反射到球面高反聚焦镜上后聚焦到石墨烯锁模元件，然后沿原路返回，依次再经过球面高反聚焦镜、输入球面镜、激光晶体、球面高反镜，并由球面高反镜偏转反射到色散补偿棱镜对，通过狭缝从输出耦合镜输出。本发明采用CVD方法生长的石墨烯转移到对于激光波长的高反射镜上，利用惰性气体保护，在中红外波段实现稳定的锁模激光脉冲输出，激光器调整简单、制备廉价，容易实现单层(非饱和损耗小)。
文档编号H01S3/0941GK102570270SQ201210018530
公开日2012年7月11日 申请日期2012年1月20日 优先权日2012年1月20日
发明者吕鹏, 谢国强, 钱列加, 马杰, 高文兰 申请人:上海交通大学