基于石墨烯/砷化镓复合材料的全固态锁模脉冲激光器的制作方法

本实用新型涉及一种基于石墨烯/砷化镓复合材料的全固态锁模脉冲激光器，属于激光技术及其非线性光学领域。

背景技术：
：

随着石墨烯的成功制备，在很多领域石墨烯都展现了重要的应用效果，之后以石墨烯为代表的新型半导体材料也成为了科学研究的热门课题。石墨烯是一种由碳原子以sp2杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的二维碳纳米材料，具有稳定性高、硬度大、韧性高、导热导电性能好等优点，此外，它具有极高的载流子迁移率，其数值超过了硅材料的10倍。

石墨烯是一种零距离半导体，被广泛用于很多电子器件中，并且其极易与现有的半导体器件结合。但是，石墨烯的单原子层厚度，导致它对光的本征吸收较低。据研究，单层的石墨烯对光的吸收只有2.3%，并且光生载流子在石墨烯中寿命很短，只有皮秒量级，因此由石墨烯的固有缺陷导致了其制成的光学器件在响应速度和响应率上存在着缺陷。

砷化镓是一种重要的半导体材料，属于Ⅲ－Ⅴ族化合物半导体，禁带宽度1.4eV。由砷化镓制成的半绝缘高阻材料的电阻率比硅、锗高3个数量级以上，电子迁移率比硅大5～6倍，用砷化镓制成的半导体器件具有高频、高温、低温性能好、噪声小、抗辐射能力强的特点。另外，它还是直接能隙的材料，具有发光功能。但由砷化镓制成的半导体材料存在着导热性差，高温易分解的问题。基于石墨烯与金属的复合材料能够显著增强稳定性、导热性等性能，当石墨烯与砷化镓结合接触，两者接触界面处会形成肖特基结，由此制备出的器件对光有很强的吸收，同时弥补了两者的不足之处。

技术实现要素：
：

本实用新型利用GaAs/Gr复合材料所具有的可饱和吸收特性，提供一种基于石墨烯/砷化镓复合材料的全固态锁模脉冲激光器，可获得高能量的锁模脉冲激光，实现飞秒、皮秒级的脉冲输出。

本实用新型所采用的技术方案有：一种基于石墨烯/砷化镓复合材料的全固态锁模脉冲激光器，包括由左至右依次并列设置的半导体激光器、耦合透镜、第一平凹镜、增益介质和第二平凹镜，在耦合透镜的一侧设置反射镜，在第二平凹镜的一侧设置GaAs/Gr复合材料可饱和吸收体和输出镜，所述半导体激光器产生的连续光束依次穿过耦合透镜、第一平凹镜、增益介质和第二平凹镜，并通过第二平凹镜反射形成第一反射光束，第一反射光束射至反射镜上，并经反射镜反射形成第二反射光束，第二反射光束回射至第二平凹镜上，并经第二平凹镜反射形成第三反射光束，第三反射光束穿过增益介质并射至第一平凹镜，经第一平凹镜反射形成第四反射光束，第四反射光束穿过GaAs/Gr复合材料可饱和吸收体并射至输出镜上；所述第一反射光束与第二反射光束相重合，第三反射光束与穿过增益介质的所述连续光束相重合；

所述增益介质采用Nd:GYSGG晶体；

所述半导体激光器发射的连续光束的中心波长为1060nm。

进一步地，所述第一平凹镜朝向半导体激光器的一面依次镀有1060nm增透膜和808nm高反膜，背向半导体激光器的一面镀有808nm高反膜。

进一步地，所述增益介质朝向半导体激光器的一面依次镀有镀有1060nm增透膜和808nm高反膜，背向半导体激光器的一面镀有808nm的增透膜。

进一步地，所述第二平凹镜中朝向第一平凹镜方向的一面镀有808nm高反膜。

进一步地，所述输出镜朝向GaAs/Gr复合材料可饱和吸收体的一面的镀有808nm增透膜。

本实用新型具有如下有益效果：

1.相较于单纯的砷化镓和石墨烯材料，GaAs/Gr复合材料的导热性和稳定性显著提高，对光的本征吸收也得到了显著提高，在材料应用领域更为广泛。

2.可以通过简单的制备工艺过程大规模的制备复合材料，并且制作过程中操作简单条件温和，对能源领域的发展具有重大意义。

3.相较于现有的锁模激光器，本方案使用GaAs/Gr复合材料作为可饱和吸收体，在波长为1060nm泵浦源下可产生808nm波段的锁模脉冲激光。

附图说明：

图 1 为本实用新型结构图。

1.半导体激光器；2.耦合透镜；3.第一平凹镜；4.增益介质；5.第二平凹镜；6.反射镜；7. GaAs/Gr复合材料可饱和吸收体；8.输出镜。

具体实施方式：

下面结合附图对本实用新型作进一步的说明。

如图1，本实用新型一种基于石墨烯/砷化镓复合材料的全固态锁模脉冲激光器，包括由左至右依次并列设置的半导体激光器1、耦合透镜2、第一平凹镜3、增益介质4和第二平凹镜5，在耦合透镜2的一侧设置反射镜6，在第二平凹镜5的一侧设置GaAs/Gr复合材料可饱和吸收体7和输出镜8。

半导体激光器1产生的连续光束依次穿过耦合透镜2、第一平凹镜3、增益介质4和第二平凹镜5，并通过第二平凹镜5反射形成第一反射光束，第一反射光束射至反射镜6上，并经反射镜6反射形成第二反射光束，第二反射光束回射至第二平凹镜5上，并经第二平凹镜5反射形成第三反射光束，第三反射光束穿过增益介质4并射至第一平凹镜3，经第一平凹镜3反射形成第四反射光束，第四反射光束穿过GaAs/Gr复合材料可饱和吸收体7并射至输出镜8上。

本实用新型中的第一反射光束与第二反射光束相重合，第三反射光束与穿过增益介质4的所述连续光束相重合。

半导体激光器1发射的连续光束的中心波长为1060nm。

第一平凹镜3朝向半导体激光器1的一面依次镀有1060nm增透膜和808nm高反膜，背向半导体激光器1的一面镀有808nm高反膜。

增益介质4采用Nd:GYSGG晶体，增益介质4朝向半导体激光器1的一面依次镀有镀有1060nm增透膜和808nm高反膜，背向半导体激光器1的一面镀有808nm的增透膜。

第二平凹镜5中朝向第一平凹镜3方向的一面镀有808nm高反膜。

输出镜8朝向GaAs/Gr复合材料可饱和吸收体7的一面的镀有808nm增透膜(透过率是5%)。

本实用新型中半导体激光器1产生1060nm连续光依次经过耦合透镜2和第一平凹镜3入射到增益介质4，经过增益介质4的增益激光由第二平凹镜5反射到达平面全反镜，然后被反射并原路返回，到达第二平凹镜5输入镜后反射，经过GaAs/Gr复合材料可饱和吸收体后到达输出镜输出808nm波段的锁模脉冲激光。

目前研究发现，单层的石墨烯对光的吸收率只有2.3%，而石墨烯中的光生载流子寿命非常短，只有皮秒量级。相比于二维材料石墨烯零带隙而言，GaAs是直接能隙的材料，其禁带宽度1.4eV。通过石墨烯与砷化镓结合接触，两者接触界面处会形成肖特基结，由此制备出的器件对光有很强的吸收。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下还可以作出若干改进，这些改进也应视为本实用新型的保护范围。