一種固體鎖模激光器吸收器件及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于光學(xué)領(lǐng)域，涉及一種固體鎖模激光器的吸收器件及制備方法，尤其涉及一種用于固體鎖模激光器用的高損傷閾值寬帶可飽和吸收器件及制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]大功率的全固態(tài)鎖模激光器在國防建設(shè)、精密加工、高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)化和科技前沿等領(lǐng)域都具有廣泛的應(yīng)用前景。隨著半導(dǎo)體可飽和吸收鏡（SESAM)的發(fā)明和成熟，利用可飽和吸收體來實現(xiàn)的被動鎖模技術(shù)成為實現(xiàn)全固態(tài)超短脈沖激光輸出的重要手段。目前，許多商業(yè)化的被動鎖模超短脈沖激光器是基于SESAM的被動鎖模技術(shù)。SESAM作為傳統(tǒng)的被動鎖模吸收體，既可以產(chǎn)生飛秒激光，也可以產(chǎn)生皮秒激光，使超短脈沖在工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用中取長補短，各有用途。但是，SESAM只能支持幾十納米的鎖模帶寬，不同波段的鎖模需要不同的材料組分，帶來了較大的制作成本。相比之下，以碳納米管，石墨烯，拓撲體，過渡金屬化合物等為代表的寬帶可飽和吸收體不僅具有一微米到兩微米的寬波長調(diào)制范圍，而且成本低廉、制作工藝多種多樣，因此引起了廣泛的關(guān)注。然而，到目前為止，這類可飽和吸收體的工作穩(wěn)定性和抗光損傷閾值等參數(shù)不如SESAM。SESAM的非飽和損耗通常低于5%，甚至低于1 %，而寬帶可飽和吸收體的非飽和損耗常常高達百分之幾十，這主要是由于制作工藝造成的。研究還發(fā)現(xiàn)，純的寬帶吸收體彼此相鄰，可能會阻礙對激光的吸收效率，也容易造成對激光的散射，而如果將寬帶吸收體分散在某種基質(zhì)中，激光吸收效率會提高很多。除此之外，這類寬帶可飽和吸收體本身在空氣中的光損傷閾值也不夠高。在單模光纖鎖模激光器領(lǐng)域，人們研究出一種倏逝波的方法。這種方法中，吸收體并沒有直接面對纖芯傳播的激光，而是分布在靠近纖芯的包層中，這樣大大降低了對吸收體的光損傷閾值的要求。而在固體鎖模激光器領(lǐng)域，由于無法實現(xiàn)倏逝波鎖模，除了提高寬帶吸收體的損傷閾值別無他法。因此如何制備高損傷閾值的寬帶可飽和吸收器件且能保持優(yōu)良的工作穩(wěn)定特性成為一項研究難題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為了提高寬帶吸收體的損傷閾值，本發(fā)明提出了一種固體鎖模激光器吸收器件及其制備方法。
[0004]本發(fā)明是利用溶膠-凝膠方法制備高損傷閾值寬帶可飽和吸收體與二氧化硅復(fù)合無機薄膜材料，在此基礎(chǔ)上與鍍膜技術(shù)相結(jié)合，制作成吸收體參數(shù)可調(diào)的吸收體器件，應(yīng)用于大功率的固體鎖模激光器中。
[0005]本發(fā)明技術(shù)方案：一種固體鎖模激光器吸收器件，其特殊之處在于：包括寬帶可飽和吸收體與二氧化硅復(fù)合無機薄膜以及與此薄膜緊密貼合的石英片；所述寬帶可飽和吸收體與二氧化硅復(fù)合無機薄膜上表面鍍有高反膜；所述石英片下表面鍍有全反膜；
[0006]上述高反膜的反射率為90%?99% ;所述全反膜的反射率大于99. 5% ;
[0007]上述可飽和吸收體包括碳納米管，石墨烯，拓撲體，硫化鉬、硫化鎢。
[0008]—種固體鎖模激光器吸收器件的制備方法，其特殊之處在于：包括以下步驟：
[0009]1】制作寬帶可飽和吸收體分散液；利用液相分離法，以C2H60和水的混合液（摩爾比為1:1)為溶劑，制成濃度為0. lmg/mL?lmg/ml的寬帶可飽和吸收體分散液；
[0010]2】制作寬帶可飽和吸收體溶膠；
[0011]2. 1】將正硅酸乙酯和寬帶可飽和吸收體分散液經(jīng)磁力攪拌形成混合液；所述正硅酸乙酯與寬帶可飽和吸收體分散液質(zhì)量比范圍為：〇. 2:1?0. 9:1 ;
[0012]2. 2】向步驟2. 1】所獲得的混合液中加入濃度為1%的稀鹽酸，調(diào)節(jié)pH值，并繼續(xù)磁力攪拌，使正硅酸乙酯充分水解縮聚，形成寬帶可飽和吸收體溶膠；所述稀鹽酸與混合液質(zhì)量比范圍為：〇· 36X 10 3:1?3· 6X 10 3:1 ;
[0013]3】將步驟2. 2】中所得的寬帶可飽和吸收體溶膠，通過勻膠機旋涂在石英片上，經(jīng)凝膠化后進行陳放和熱處理，形成一層寬帶可飽和吸收體與二氧化硅復(fù)合無機薄膜。
[0014]4】鍍膜處理；在石英片表面鍍?nèi)茨?，并在步驟3】所形成的無機薄膜上面鍍一層反射率為90 %?99 %的高反膜；
[0015]上述步驟3】旋涂速度為3000r/min，時間為2分鐘；
[0016]上述步驟2. 1】所述磁力攪拌時間為10分鐘；
[0017]上述步驟2. 2】pH值為2?3,繼續(xù)磁力攪拌時間為30?60分鐘；
[0018]上述步驟3】的陳放時間為3?7天；所述步驟3】熱處理溫度450 °C，時間60分鐘。
[0019]本發(fā)明的優(yōu)點：
[0020]1、溶膠凝膠法把這些新型材料與Si02混合制作成復(fù)合寬帶吸收體，這樣就使得摻雜分子與外界隔絕，形成了一種很好的保護性，從而減小了吸收體在空氣中的光損傷；石英具有低的熱膨脹系數(shù)、高的機械強度和良好的化學(xué)穩(wěn)定性，使在此基質(zhì)上制作的復(fù)合吸收體同樣具有較高的機械性能；同時，石英的光學(xué)透明性好，從紫外到近紅外整個波長范圍內(nèi)透明，從而不會影響吸收體的其他性能。
[0021]2、該器件以石英為襯底，其折射率與凝膠的折射率相近，減少了光的折射損耗。
[0022]3、在吸收體表面鍍以高反射介質(zhì)膜，降低了與吸收體作用的激光強度，這樣可以起到提高損傷閾值的作用。
[0023]4、在石英襯底背面鍍?nèi)茨ひ员阌谠诠腆w激光器中作為反射鏡及吸收體使用，有利于工業(yè)推廣。
【附圖說明】
[0024]圖1是本發(fā)明所提供的寬帶可飽和吸收器件結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025]其中，1-高反膜、2-寬帶可飽和吸收體與二氧化硅復(fù)合無機薄膜、3-石英片、4-全反膜。
【具體實施方式】
[0026]參見圖1，一種固體鎖模激光器吸收器件，包括寬帶可飽和吸收體與二氧化硅復(fù)合無機薄膜以及與此薄膜緊密貼合的石英片；寬帶可飽和吸收體與二氧化硅復(fù)合無機薄膜上表面鍍有高反膜；石英片下表面鍍有全反膜；高反膜的反射率為90%?99% ;所述全反膜的反射率大于99. 5% ;可飽和吸收體包括碳納米管，石墨烯，拓撲體，硫化鉬、硫化鎢。
[0027]—種固體鎖模激光器吸收器件的制備方法，包括以下步驟：
[0028]1】制作寬帶可飽和吸收體分散液；利用液相分離法，以C2H60和水的混合液（摩爾比為1:1)為溶劑，制成濃度為0. lmg/mL?lmg/ml的寬帶可飽和吸收體分散液；
[0029]2】制作寬帶可飽和吸收體溶膠；
[0030]2. 1】將正硅酸乙酯和寬帶可飽和吸收體分散液經(jīng)磁力攪拌形成混合液；所述正硅酸乙酯與寬帶可飽和吸收體分散液質(zhì)量比范圍為：〇. 2:1?0. 9:1 ;
[0031]2. 2】向步驟2. 1】所獲得的混合液中加入濃度為1%的稀鹽酸，調(diào)節(jié)pH值，并繼續(xù)磁力攪拌，使正硅酸乙酯充分水解縮聚，形成寬帶可飽和吸收體溶膠；所述稀鹽酸與混合液質(zhì)量比范圍為：〇. 36X 10 3:1?3. 6X10 3:1 ;
[0032]3】將步驟2. 2】中所得的寬帶可飽和吸收體溶膠，通過勻膠機旋涂在石英片上，經(jīng)凝膠化后進行陳放和熱處理，形成一層寬帶可飽和吸收體與二氧化硅復(fù)合無機薄膜。
[0033]4】鍍膜處理；在石英片表面鍍?nèi)茨?，并在步驟3】所形成的無機薄膜上面鍍一層反射率為90 %?99 %的高反膜；
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