基于新型二维复合材料石墨烯/黑磷的1064锁模脉冲激光器的制作方法

本实用新型涉及一种基于新型二维复合材料石墨烯/黑磷的1064锁模脉冲激光器。

背景技术：
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2004年，随着石墨烯的发现，世界掀起了对碳族材料的有一个研究热潮。石墨烯是一种稳定的二维单原子层碳材料，以sp2的轨道方式连接，形成紧密的六边形晶格，单层厚度为0.335nm。石墨烯具有较多的优异电光学性能，如极大的场效应和高载流子迁移率，显示出了作为新一代可饱和吸收体的巨大前景。然而，尽管石墨烯具有优异的性能，但是其零带隙效应使得无法实现半导体的逻辑开关，大大限制了在半导体、光电等领域的应用。因此，人们提出了石墨烯与其他二维材料复合的新构想。随着对二维材料的研究深入，黑磷因其热力学稳定、低维效应而备受人们关注。二维材料黑磷是一种带隙可调的片层结构的新型半导体材料，在光电、化学、催化领域具有广泛的应用。黑磷具有直接带隙，其载流子迁移率可达到286cm2V-1S-1,同时其载流子迁移率与厚度相关，当厚度为10nm时，其载流子迁移率可达到1000cm2V-1S-1。石墨烯/黑磷的复合材料可以克服石墨烯本身的不足，有望成为一种新型的非线性光学可饱和吸收体。

技术实现要素：
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本实用新型是为了解决上述现有技术存在的问题而提供一种基于新型二维复合材料石墨烯/黑磷的1064锁模脉冲激光器。

本实用新型所采用的技术方案有：基于新型二维复合材料石墨烯/黑磷的1064锁模脉冲激光器，其特征在于：包括由左至右依次设置的光纤激光器、耦合透镜、Nd:YAG晶体和折叠镜，在Nd:YAG晶体的一侧设有第一平凹镜和第二平凹镜，在第二平凹镜的一侧设有石墨烯/黑磷可饱和吸收比色皿和平面镜，所述光纤激光器产生的连续光束依次穿过耦合透镜和Nd:YAG晶体并射至折叠镜上，并在折叠镜上产生第一反射光束，第一反射光束射至第一平凹镜上，并在第一平凹镜上产生第二反射光束，第二反射光束射至第二平凹镜上，并在第二平凹镜上产生第三反射光束，第三反射光束穿过石墨烯/黑磷可饱和吸收比色皿并射至平面镜上；

所述光纤激光器发射的连续光束的中心波长为808nm。

进一步地，所述Nd:YAG晶体朝向光纤激光器的一面镀有795nm增透膜和1064nm高反膜，背向光纤激光器的一面镀1064nm增透膜。

进一步地，所述折叠镜上镀有1064nm高反膜。

进一步地，所述第一平凹镜上镀有1064nm高反膜。

进一步地，所述第二平凹镜上镀有1064nm高反膜。

进一步地，所述平面镜上镀有1064nm高反膜。

进一步地，所述平面镜的透射率为10%。

本实用新型具有如下有益效果：

1）相较于同属二维材料的石墨烯，黑磷拥有直接的能带隙,而石墨烯则不存在能带隙，因此，石墨烯/黑磷在纳米晶体管领域拥有更广阔的应用空间。

2）通过控制石墨烯/黑磷在比色皿中的浓度，可得到不同的能量带隙以满足不同光谱响应范围，进而实现石墨烯/黑磷可饱和吸收比色皿在不同激光波段的运转。

3）相较于可饱和吸收镜而言，使用比色皿作为可饱和吸收载体，具有易于调控、成本低廉、重复利用、插入损耗小等优点。

4）光纤激光器发射的连续光束与第一反射光束、第二反射光束以及第三反射光束共同组成四镜W型谐振腔，通过优化腔型结构和谐振腔参数，可实现基于石墨烯/黑磷的1064nm皮秒锁模激光稳定输出。

附图说明：

图 1 为本实用新型结构图。

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新型二维复合材料石墨烯/黑磷的1064锁模脉冲激光器，包括由左至右依次设置的光纤激光器1、耦合透镜2、Nd:YAG晶体3和折叠镜4，在Nd:YAG晶体3的一侧设有第一平凹镜5和第二平凹镜6，在第二平凹镜6的一侧设有石墨烯/黑磷可饱和吸收比色皿7和平面镜8，光纤激光器1产生的连续光束依次穿过耦合透镜2和Nd:YAG晶体3并射至折叠镜4上，并在折叠镜4上产生第一反射光束，第一反射光束射至第一平凹镜5上，并在第一平凹镜5上产生第二反射光束，第二反射光束射至第二平凹镜6上，并在第二平凹镜6上产生第三反射光束，第三反射光束穿过石墨烯/黑磷可饱和吸收比色皿7并射至平面镜8上，从而透过平面镜8并输出高功率、窄脉冲宽度的脉冲激光。

光纤激光器1发射的连续光束的中心波长为808nm，光纤激光器1的最大输出功率为20W。

Nd:YAG晶体3朝向光纤激光器1的一面镀有795nm增透膜和1064nm高反膜，背向光纤激光器1的一面镀1064nm增透膜。

在折叠镜4上镀有1064nm高反膜。

第一平凹镜5的半径为500mm，在第一平凹镜5上镀有1064nm高反膜。

第二平凹镜6的半径为200mm，在第二平凹镜6上镀有1064nm高反膜。

在平面镜8上镀有1064nm高反膜，平面镜8的透射率为10%。

本实用新型采用二维复合材料石墨烯/黑磷作为脉冲光的锁模器件，利用连续光经石墨烯/黑磷可饱和吸收体产生的脉冲激光，可获得高能量锁模脉冲，再经由平面镜输出。

光纤激光器1发射的连续光束与第一反射光束、第二反射光束以及第三反射光束共同组成四镜W型谐振腔，通过优化腔型结构和谐振腔参数，可实现基于石墨烯/黑磷的1064nm皮秒锁模激光稳定输出。

本实用新型光学参量振荡器的工作原理是：通过808nm的光纤激光器产生的连续光进入石墨烯/黑磷可饱和吸收体，利用其本身独特的非线性光学特性所得到1064nm的脉冲激光，经过平面镜输出锁模激光。平面镜的入光面镀上1064nm脉冲激光的增透膜，输出锁模脉冲激光。

石墨烯/黑磷可饱和吸收体的工作原理是：可饱和吸收体对腔内激光的吸收是随光场强度而变化的，当光强较弱时对光吸收很强，腔内损耗增大，因此光透过率很低。随着光强的增大二硫化钼对光的吸收减弱，腔内损耗减小，当光强超过特定值时吸收饱和，光透过率达100%，使得光强在获得最大激光脉冲的同时受到最小的损耗，输出强脉冲激光。

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。