CN105974510A - 一种基于石墨烯的无源消偏器及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于石墨烯的无源消偏器，用于调节激光的偏振度，其特征在于，包括聚光单元和偏振调节单元，该偏振调节单元设置于聚光单元的光路上，与聚光单元间隔一定距离；其中，偏振调节单元为生长有石墨烯的石榴石薄膜。本发明还提供了一种制备无源消偏器的方法，其特征在于，采用化学气相沉积法制备得到生长有石墨烯的石榴石薄膜作为偏振调节单元使用。根据本发明提供的无源消偏器，通过调节聚光单元与偏振度调节单元之间的距离能够实现激光偏振度的线性调节，其调节范围广、适应性强；根据本发明提供的无源消偏器制备方法，采用较为常见的材料、通过较少的步骤即可完成制备，具有成本低、易于制备的优点。

Description

一种基于石墨烯的无源消偏器及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种光学领域内的消偏器及其制备方法，尤其涉及一种基于石墨烯的无源消偏器及其制备方法。

背景技术

在光学系统中，许多光学元件对激光的偏振状态比较敏感，这类光学元件受激光的偏振状态影响产生的微小变化易导致整个光学系统的误差，这种情况下需要使用消偏器来调节激光的偏振状态。

消偏器又称退偏器，是一种光学元件，可以调节激光的偏振度并将偏振光转变为非偏振光。目前普遍采用的消偏器都具有波片，或具有由双折射材料制成的元件。例如Lyot消偏器，由厚度比为2：1的两个平行双折射材料波片组成，两个波片之间的夹角为45度；Hanle消偏器，由两个光楔组成，其中至少一个光楔由双折射材料制成；Cornu消偏器，由两个双折射材料制成的光楔组成，其快轴取向相反。此外，Yao的美国专利US6498869公开了一种由双折射材料晶体芯片制造而成的消偏器，其中芯片是1、4波片，它们的快轴在平面内任意取向。Schuster的美国专利US6191880公开了一种径向偏振镜，具有消偏的效果，其中径向偏振镜由多个双折射材料腔面组成，它们的快轴在平面内以不同图案排列。

上述消偏器均由两个或多个元件组成，其中包括结构较为复杂的波片或双折射材料元件，制造工艺复杂、成本高，并且这些元件结构较为复杂，在使用过程中元件间的界面易损坏，影响使用效果。

发明内容

为解决上述问题，本发明采用了如下技术方案：

一种基于石墨烯的无源消偏器，用于调节激光的偏振度，包括：

聚光单元，用于对激光进行聚焦；

偏振调节单元，设置于聚光单元的光路上，与聚光单元间隔一定距离，用于对激光的偏振度进行调节；

其中，偏振调节单元为生长有石墨烯的石榴石薄膜。

进一步地，本发明提供的基于石墨烯的无源消偏器，还可以具有如下技术特征：其中，聚光单元为透镜。

进一步地，其中石墨烯为单层石墨烯。

进一步地，偏振调节单元与聚光单元之间的距离范围为10cm～130cm。

进一步地，其中偏振调节单元与聚光单元之间的距离通过电机或手动进行调节。

本发明还提供一种制备基于石墨烯的无源消偏器的方法，其特征在于，采用化学气相沉积法，包括如下步骤：

步骤1，将石榴石薄膜清洗并烘干；

步骤2，将石榴石薄膜放入化学气相沉积设备的设备炉中，并使设备炉内充满氢气；

步骤3，将设备炉中温度提高至800～1000℃，持续通入氢气，使炉内压强为5.1～5.3Pa，并使该温度及压强保持60～80分钟，然后停止通入氢气；

步骤4，保持石榴石薄膜的温度在800～1000℃之间，持续通入甲烷，使炉内压强为60～70Pa，并使该温度及压强保持60～100分钟，使石墨烯在石榴石薄膜上生长；

步骤5，将设备炉内冷却至室温，得到生长有石墨烯的石榴石薄膜。

进一步地，本发明提供的制备基于石墨烯的无源消偏器的方法还具有如下技术特征：在步骤1中，石榴石薄膜的清洗采用超声波清洗器。

进一步地，在步骤3中，通入氢气的流量为1.9～2.1每分钟标准毫升。

进一步地，在步骤4中，通入甲烷的流量为32～36每分钟标准毫升。

发明作用与效果

根据本发明提供的基于石墨烯的无源消偏器，由于具有激光聚焦单元，入射激光可通过该聚焦单元聚焦，并穿过位于聚焦单元光路上的偏振调节单元形成出射激光，该偏振调节单元具有消偏作用，出射激光的偏振度可通过调节激光聚焦单元与偏振调节单元之间的距离进行调节。该无源消偏器可以实现线性调节，调节范围广、适应性强。

本发明还提供了基于石墨烯的无源消偏器的制备方法，该方法采用化学气相沉积法，用石榴石薄膜作为基底，氢气、甲烷等常见气体作为材料，经过五个步骤即可制备得到生长有石墨烯的石榴石薄膜作为偏振调节单元使用，因此该消偏器还具有成本低、易于制备的优点。

附图说明

图1是本发明提供的基于石墨烯的无源消偏器结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图及实施例来说明本发明的具体实施方式。

实施例

图1为本发明提供的基于石墨烯的无源消偏器(以下简称无源消偏器)结构示意图。如图1所示，无源消偏器10包括激光聚焦单元100和偏振调节单元200，其中偏振调节单元为生长有石墨烯层202的石榴石薄膜201，与激光聚焦单元100之间具有一定的距离并且该距离可以通过手动或电机进行调节。在本实施例中，激光聚焦单元100为透镜，激光聚焦单元100与偏振调节单元200之间的距离限定在10～130cm之间。

如图1所示，入射激光从左侧进入无源消偏器10，经由激光聚焦单元100进行聚焦并投射至偏振调节单元200，然后穿过偏振调节单元200形成出射激光，该偏振调节单元200对激光具有消偏作用，通过改变激光聚焦单元200和激光聚焦单元100之间的距离即可调节出射激光的偏振度。

在本实施例中，偏振调节单元200为生长有单层石墨烯202的石榴石薄膜201，该偏振调节单元的制备采用化学气相沉积法，具体步骤为：

步骤1，选用石榴石薄膜作为基底；

步骤2，用超声波清洗器将石榴石薄膜清洗干净并晾干；

步骤3，将石榴石薄膜放入化学气相沉积设备的设备炉内，通入流量为2sccm(即每分钟标准毫升，以下均简称为sccm)的氢气，使炉内充满氢气，加热设备炉，使炉内温度升高并保持在800～1000℃之间，保持通入氢气，使炉内压强维持在5.33Pa，并保持该温度及压强70分钟，然后停止通入氢气；

步骤4，保持步骤3中的温度，再向炉内持续通入35sccm的甲烷，使炉内的压强为66.67Pa，并保持该压强及温度80分钟；

步骤5，保持通入甲烷，使石榴石薄膜持续暴露在甲烷中，停止加热，使炉内自然冷却至室温，即得到生长有单层石墨烯的石榴石薄膜。

实施例作用与效果

根据实施例提供的基于石墨烯的无源消偏器，由于具有激光聚焦单元100，能够将入射激光聚焦并投射至偏振调节单元200，该入射激光穿过偏振调节单元200形成出射激光，偏振调节单元200对激光具有消偏作用，调节激光聚焦单元100与偏振调节单元200之间的距离即可调节出射激光的偏振度，由于二者之间的距离能够通过手动或电机进行线性调节，因此出射激光的偏振度也能够随之实现线性调节，调节范围广、适应性强。

根据实施例提供的基于石墨烯的无源消偏器的制备方法，采用化学气相沉积法制备生长有石墨烯的石榴石薄膜作为偏振调节单元使用。根据该方法，采用石榴石作为基底，氢气及甲烷作为方法中所需的材料，通过五个步骤即可制备得到生长有石墨烯的石榴石薄膜，制备过程中的温度等条件可以通过化学气相沉积设备进行精确控制。由于基底及所需材料均较为常见，制备所需步骤较少且操作较为简单，因此该方法易于制备、成本低。

Claims (9)

1.一种基于石墨烯的无源消偏器，用于调节激光的偏振度，其特征在于，包括：

聚光单元，用于对所述激光进行聚焦；

偏振调节单元，设置于所述聚光单元的光路上，与所述聚光单元间隔一定距离，用于对所述激光的偏振度进行调节；

其中，所述偏振调节单元为生长有石墨烯的石榴石薄膜。

2.根据权利要求1所述的基于石墨烯的无源消偏器，其特征在于：

其中，所述聚光单元为透镜。

3.根据权利要求1所述的基于石墨烯的无源消偏器，其特征在于：

其中，所述石墨烯为单层石墨烯。

4.根据权利要求1所述的基于石墨烯的无源消偏器，其特征在于：

其中，所述偏振调节单元与所述聚光单元之间的距离范围为10cm～130cm。

5.根据权利要求1或4所述的基于石墨烯的无源消偏器，其特征在于：

其中，所述偏振调节单元与所述聚光单元之间的距离通过电机或手动进行调节。

6.一种制备基于石墨烯的无源消偏器的方法，其特征在于，采用化学气相沉积法，包括如下步骤：

步骤1，将石榴石薄膜清洗并烘干；

步骤2，将所述石榴石薄膜放入化学气相沉积设备的设备炉中，并使所述设备炉内充满氢气；

步骤3，将所述设备炉中温度提高至800～1000℃，持续通入氢气，使炉内压强为5.1～5.3Pa，并使该温度及压强保持60～80分钟，然后停止通入氢气；

步骤4，保持所述石榴石薄膜的温度在800～1000℃之间，持续通入甲烷，使炉内压强为60～70Pa，并使该温度及压强保持60～100分钟，使石墨烯在所述石榴石薄膜上生长；

步骤5，将所述设备炉内冷却至室温，得到生长有石墨烯的石榴石薄膜，作为所述基于石墨烯的无源消偏器中的偏振调节单元使用。

7.根据权利要求6所述的制备基于石墨烯的无源消偏器的方法，其特征在于：

在步骤1中，所述石榴石薄膜的清洗采用超声波清洗器。

8.根据权利要求6所述的制备基于石墨烯的无源消偏器的方法，其特征在于：

在步骤3中，通入氢气的流量为1.9～2.1每分钟标准毫升。

9.根据权利要求6所述的制备基于石墨烯的无源消偏器的方法，其特征在于：

在步骤4中，通入甲烷的流量为32～36每分钟标准毫升。