CN109980491A - 可饱和吸收体制备方法、可饱和吸收体及锁模激光器 - Google Patents

可饱和吸收体制备方法、可饱和吸收体及锁模激光器 Download PDF

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Abstract

本申请公开一种可饱和吸收体制备方法、可饱和吸收体及锁模激光器。其中，可饱和吸收体制备方法包括：通过磁控溅射法在石英衬底上沉积铂元素薄膜；将所述铂元素薄膜放置于管式炉中进行热处理以获取二硒化铂薄膜，其中，所述热处理中，管式炉上游低温区放置高纯硒粉；以及通过所述二硒化铂薄膜制备可饱和吸收体。本申请公开的可饱和吸收体制备方法，具有制备方法简单，可实现工业化生产的优点。

Description

可饱和吸收体制备方法、可饱和吸收体及锁模激光器
技术领域
本发明涉及被动锁模激光器技术领域，具体而言，涉及一种可饱和吸收体制备方法、可饱和吸收体及锁模激光器。
背景技术
超短脉冲(皮秒及飞秒量级)激光相对于传统的长脉冲(微秒及纳秒量级)的激光，在使用过程中对加工材料周围基本不会造成任何的热损伤，是一种超精密无损加工工具，因此超短脉冲激光在精密加工、手术医疗、科研等领域具有重要的研究和应用价值。
被动锁模是一种可用于产生超短脉冲激光的方法，其基本原理是在光路中加入饱和吸收体，光源通过饱和吸收体之后，边翼部分的损耗大于中央部分，导致光脉冲变窄，从而产生超短脉冲激光。由此可见，可饱和吸收体是超短脉冲激光最重要的零部件。目前，锁模激光器中使用较多的仍是半导体可饱和吸收镜(SESAM)，但是SESAM还是存在很多几乎不可克服的问题，如在制备方法上，SESAM通常是采用金属有机化学气相沉积(MOCVD)或分子束外延(MBE)法制备，不仅制作工艺复杂成本昂贵，而且必须基于昂贵的超净室制造系统，同时，性能上还存在工作波长范围窄(<100nm)、恢复时间长、调制深度难以调控、光损伤阈值低等诸多问题。因此寻找一种能够替代SESAM的可饱和吸收体材料成为了超短脉冲激光领域的研究热点。
石墨烯作为一种新型的二维材料，已经被广泛证实能够作为可饱和吸收体产生超短脉冲激光，但是石墨烯由于单原子层吸光太弱，导致调制深度太小(～1.3％)。
因此，开发一种新型调制深度大的宽带可饱和吸收体材料显得颇为重，需要一种新的可饱和吸收体制备方法、可饱和吸收体及锁模激光器。
在所述背景技术部分公开的上述信息仅用于加强对本发明的背景的理解，因此它可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种可饱和吸收体制备方法、可饱和吸收体及锁模激光器，其中，本发明提供的可饱和吸收体制备方法，具有方法简单，可实现工业化生产的优点；本发明提供的可饱和吸收体，能够用于制造锁模激光器；本发明提供的锁模激光器，产生的脉冲激光性能稳定。
本发明的其他特性和优点将通过下面的详细描述变得显然，或部分地通过本发明的实践而习得。
根据本发明的一方面，提出一种可饱和吸收体制备方法，该方法包括：通过磁控溅射法在石英衬底上沉积铂元素薄膜；将所述铂元素薄膜放置于管式炉中进行热处理以获取二硒化铂薄膜，其中，在热处理中，管式炉上游低温区放置高纯硒粉；以及通过所述二硒化铂薄膜制备可饱和吸收体。
在本公开的一种示例性实施例中，通过磁控溅射法在石英衬底上沉积厚度为10nm的均匀连续的铂元素薄膜。
在本公开的一种示例性实施例中，所述热处理中，上游低温区温度为220℃，中心温度为450℃；升温到450℃的时间为45分钟，保温时间为90分钟后自然冷却至室温。
根据本发明的一方面，提出一种可饱和吸收体，该可饱和吸收体包括：所述可饱和吸收体的材质为二硒化铂；以及所述可饱和吸收体为如上文方法制备的可饱和吸收体。
根据本发明的一方面，提出一种锁模激光器，该锁模激光器包括：泵浦光源；谐振腔；以及可饱和吸收体，所述可饱和吸收体的为如上文方法制备的可饱和吸收体。
在本公开的一种示例性实施例中，所述泵浦光源为808nm的半导体激光器。
在本公开的一种示例性实施例中，所述谐振腔为W型谐振腔。
在本公开的一种示例性实施例中，所述谐振腔包括：激光增益介质，所述激光增益介质为Nd:LuVO4，Nd3+掺杂浓度为0.5％，晶体尺寸为3×3×8mm3；第一平面镜、第二平面镜、第三平面镜，以及第一凹透镜、第二凹透镜；所述第一平面镜、第二平面镜、第三平面镜，以及第一凹透镜、第二凹透镜均镀808nm高透膜和1064nm高反膜。
在本公开的一种示例性实施例中，所述第一平面镜输出比例为3％；所述第一凹透镜的曲率半径为1000mm；以及第二凹透镜的曲率半径为300mm。
在本公开的一种示例性实施例中，所述第一平面镜与所述激光增益介质之间的距离为32mm；所述激光增益介质与所述第二平面镜之间的距离为119mm；所述第一平面镜与所述第一凹透镜之间的镜间距离为490mm；所述第一凹透镜与所述第二凹透镜之间的镜间距离为1140mm；所述第二凹透镜与所述第三平面镜之间的镜间距离155mm；以及所述可饱和吸收体与所述第三平面镜之间的距离为3mm。
根据本发明提供的可饱和吸收体制备方法，制备方法简单，可实现工业化生产。
根据本发明提供的可饱和吸收体，能够用于制造锁模激光器。
根据本发明提供的锁模激光器，产生的脉冲激光性能稳定。
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性的，并不能限制本发明。
附图说明
通过参照附图详细描述其示例实施例，本发明的上述和其它目标、特征及优点将变得更加显而易见。下面描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是根据一示例性实施例示出的一种可饱和吸收体制备方法的流程图。
图2是根据另一示例性实施例示出的磁控溅射法制备的PtSe2薄膜的特征吸收光谱。
图3是根据另一示例性实施例示出的磁控溅射法制备的PtSe2薄膜的不同放大倍数TEM图。
图4是根据一示例性实施例示出的一种锁模激光器的示意图。
图5是根据一示例性实施例示出的一种锁模激光器的的固体锁模激光器的脉冲序列图。
具体实施方式
现在将参考附图更全面地描述示例实施例。然而，示例实施例能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施例；相反，提供这些实施例使得本发明将全面和完整，并将示例实施例的构思全面地传达给本领域的技术人员。在图中相同的附图标记表示相同或类似的部分，因而将省略对它们的重复描述。
此外，所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施例中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本发明的实施例的充分理解。然而，本领域技术人员将意识到，可以实践本发明的技术方案而没有特定细节中的一个或更多，或者可以采用其它的方法、组元、装置、步骤等。在其它情况下，不详细示出或描述公知方法、装置、实现或者操作以避免模糊本发明的各方面。
附图中所示的方框图仅仅是功能实体，不一定必须与物理上独立的实体相对应。即，可以采用软件形式来实现这些功能实体，或在一个或多个硬件模块或集成电路中实现这些功能实体，或在不同网络和/或处理器装置和/或微控制器装置中实现这些功能实体。
附图中所示的流程图仅是示例性说明，不是必须包括所有的内容和操作/步骤，也不是必须按所描述的顺序执行。例如，有的操作/步骤还可以分解，而有的操作/步骤可以合并或部分合并，因此实际执行的顺序有可能根据实际情况改变。
应理解，虽然本文中可能使用术语第一、第二、第三等来描述各种组件，但这些组件不应受这些术语限制。这些术语乃用以区分一组件与另一组件。因此，下文论述的第一组件可称为第二组件而不偏离本公开概念的教示。如本文中所使用，术语“及/或”包括相关联的列出项目中的任一个及一或多者的所有组合。
本领域技术人员可以理解，附图只是示例实施例的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本发明所必须的，因此不能用于限制本发明的保护范围。
图1是根据一示例性实施例示出的一种可饱和吸收体制备方法的流程图。图1是对本申请中可饱和吸收体制备方法的示例性说明。
如图1所示，在S102中，通过磁控溅射法在石英衬底上沉积铂元素薄膜。
在S104中，将所述铂元素薄膜放置于管式炉中进行热处理以获取二硒化铂(PtSe2)薄膜，其中，所述热处理中，管式炉上游低温区放置高纯硒粉。
在S106中，通过所述二硒化铂薄膜制备可饱和吸收体。图2是根据另一示例性实施例示出的磁控溅射法制备的PtSe2薄膜的特征吸收光谱。图3是根据另一示例性实施例示出的磁控溅射法制备的PtSe2薄膜的不同放大倍数TEM图。图2，与图3示例性的描述了二硒化铂薄膜的物理特性。
可例如，通过磁控溅射法在石英衬底上制备均匀连续的Pt薄膜。采用纯度99.99％Pt金属为靶材，射频功率为20W，氩气流量为30sccm，稳定气压为10-7帕，在石英衬底上沉积10纳米的Pt金属薄膜。将磁控溅射法制得的薄膜放在管式炉中做热处理，通氩气作为保护气，流速为60sccm。上游低温区放置高纯硒粉，设置温度为220℃，炉膛中心温度设置为450℃，45分钟升温到450℃，保温一个半小时后自然降温至室温即可。
通过本申请中的可饱和吸收体制备方法制成的可饱和吸收的PtSe2薄膜分布均匀、大面积连续、结晶性好、工艺简单，而且薄膜厚度可通过工艺参数，如溅射时间等进行精确控制。
应清楚地理解，本发明描述了如何形成和使用特定示例，但本发明的原理不限于这些示例的任何细节。相反，基于本发明公开的内容的教导，这些原理能够应用于许多其它实施例。
本领域技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分步骤被实现为由CPU执行的计算机程序。在该计算机程序被CPU执行时，执行本发明提供的上述方法所限定的上述功能。所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。
此外，需要注意的是，上述附图仅是根据本发明示例性实施例的方法所包括的处理的示意性说明，而不是限制目的。易于理解，上述附图所示的处理并不表明或限制这些处理的时间顺序。另外，也易于理解，这些处理可以是例如在多个模块中同步或异步执行的。
本申请提供一种可饱和吸收体，所述可饱和吸收体的材质为二硒化铂。所述可饱和吸收体是采用如上文所述的方法制备的可饱和吸收体。包括：通过磁控溅射法在石英衬底上沉积铂元素薄膜。将所述铂元素薄膜放置于管式炉中进行热处理以获取二硒化铂薄膜，其中，所述热处理中，管式炉上游低温区放置高纯硒粉。以及，通过所述二硒化铂薄膜制备可饱和吸收体。
本申请的可饱和吸收体，采用PtSe2制造，PtSe2是一种宽带可饱和吸收体，且调制深度大，容易实现锁模，产生超短脉冲激光。使用时，只需要将沉积在石英衬底上的PtSe2薄膜直接插入谐振腔中即可，操作方便，性能非常稳定。
本申请提供一种锁模激光器，包括：泵浦光源；谐振腔；以及可饱和吸收体，所述可饱和吸收体的材质为二硒化铂。泵浦光源为808nm的半导体激光器。谐振腔为W型谐振腔，谐振腔包括：激光增益介质；第一平面镜、第二平面镜、第三平面镜，以及第一凹透镜、第二凹透镜；所述第一平面镜、第二平面镜、第三平面镜，以及第一凹透镜、第二凹透镜均镀808nm高透膜和1064nm高反膜。其中，所述第一平面镜输出比例为3％；所述第一凹透镜的曲率半径为1000mm；第二凹透镜的曲率半径为300mm。其中，所述激光增益介质为Nd:LuVO4，Nd3+掺杂浓度为0.5％，晶体尺寸为3×3×8mm3。其中，所述第一平面镜与所述激光增益介质之间的距离为32mm；所述激光增益介质与所述第二平面镜之间的距离为119mm；所述第一平面镜与所述第一凹透镜之间的镜间距离为490mm；所述第一凹透镜与所述第二凹透镜之间的镜间距离为1140mm；所述第二凹透镜与所述第三平面镜之间的镜间距离155mm；所述可饱和吸收体与所述第三平面镜之间的距离为3mm。
图4是根据一示例性实施例示出的一种锁模激光器的示意图。图4对本申请中的可饱和吸收制备成的锁模激光器进行示例性描述。
如图4所示，在一个实施例中，基于上述步骤制备的PtSe2可饱和吸收体薄膜的锁模激光器包括泵浦光源和谐振腔两大部分。泵浦光源为808nm半导体激光器，谐振腔为W-型谐振腔，包括M1，M2，M4三个平面镜和M3，M5两个凹面镜，所有镜片都镀了808nm高透膜和1064nm高反膜。其中M1为谐振腔输出镜，输出比例为3％，M3和M5的曲率半径分别为1000mm和300mm。激光增益介质为Nd:LuVO4，Nd3+掺杂浓度为0.5％，晶体尺寸为3×3×8mm3。M1与增益介质之间的距离为32mm，增益介质与M2之间的距离为119mm，M1与M3，M3与M5，M5与M4之间的镜间距离分别为490mm，1140mm和155mm。可饱和吸收体为上文中所述的PtSe2薄膜，PtSe2薄膜与M4的距离为3mm。
在一个实施例中，固体锁模激光器采用W-型谐振腔结构，增益介质选用Nd:LuVO4泵浦源的波长为808nm。按照图4锁模激光系统结构搭建好，在耦合输出镜出光面测量激光器的激光输出特性如图5所示。
本发明提供的锁模激光器，能够得到性能稳定的脉冲激光。
以上具体地示出和描述了本发明的示例性实施例。应可理解的是，本发明不限于这里描述的详细结构、设置方式或实现方法；相反，本发明意图涵盖包含在所附权利要求的精神和范围内的各种修改和等效设置。
此外，本说明书说明书附图所示出的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所公开的内容，以供本领域技术人员了解与阅读，并非用以限定本公开可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本公开所能产生的技术效果及所能实现的目的下，均应仍落在本公开所公开的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“第一”、“第二”及“一”等的用语，也仅为便于叙述的明了，而非用以限定本公开可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当也视为本发明可实施的范畴。

Claims (10)

1.一种可饱和吸收体制备方法，其特征在于，包括：
通过磁控溅射法在石英衬底上沉积铂元素薄膜；
将所述铂元素薄膜放置于管式炉中进行热处理以获取二硒化铂薄膜，其中，在热处理中，管式炉上游低温区放置高纯硒粉；以及
通过所述二硒化铂薄膜制备可饱和吸收体。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，通过磁控溅射法在石英衬底上沉积厚度为10nm的均匀连续的铂元素薄膜。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述热处理中，
上游低温区温度为220℃，中心温度为450℃；
升温到450℃的时间为45分钟，保温时间为90分钟后自然冷却至室温。
4.一种可饱和吸收体，其特征在于，
所述可饱和吸收体为如权利要求1-3任一项方法制备的可饱和吸收体。
5.一种锁模激光器，其特征在于，包括：
泵浦光源；
谐振腔；以及
可饱和吸收体，所述可饱和吸收体的为如权利要求1-3任一项方法制备的可饱和吸收体。
6.如权利要求5所述的锁模激光器，其特征在于，所述泵浦光源为808nm的半导体激光器。
7.如权利要求5所述的锁模激光器，其特征在于，所述谐振腔为W型谐振腔。
8.如权利要求5所述的锁模激光器，其特征在于，所述谐振腔包括：
激光增益介质，所述激光增益介质为Nd:LuVO4，Nd3+掺杂浓度为0.5％，晶体尺寸为3×3×8mm3；
第一平面镜、第二平面镜、第三平面镜，以及第一凹透镜、第二凹透镜；
所述第一平面镜、第二平面镜、第三平面镜，以及第一凹透镜、第二凹透镜均镀808nm高透膜和1064nm高反膜。
9.如权利要求8所述的锁模激光器，其特征在于，
所述第一平面镜输出比例为3％；
所述第一凹透镜的曲率半径为1000mm；以及
第二凹透镜的曲率半径为300mm。
10.如权利要求8所述的锁模激光器，其特征在于，
所述第一平面镜与所述激光增益介质之间的距离为32mm；
所述激光增益介质与所述第二平面镜之间的距离为119mm；
所述第一平面镜与所述第一凹透镜之间的镜间距离为490mm；
所述第一凹透镜与所述第二凹透镜之间的镜间距离为1140mm；
所述第二凹透镜与所述第三平面镜之间的镜间距离155mm；以及
所述可饱和吸收体与所述第三平面镜之间的距离为3mm。
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