[发明专利]基于二维材料异质结和主动调制开关双调制的可调频锁模激光器

权利要求书

1.一种基于二维材料异质结和主动调制开关双调制的可调频锁模激光器，其特征在于：包括：泵浦源(1)、传能光纤(2)、耦合透镜组(3)、激光增益介质(5)、主动调制开关(6)、偏振片(7)、二维材料异质结(10)、输入镜(4)、全反镜和输出镜(11)，输入镜(4)、全反镜和输出镜(11)构成激光谐振腔，激光增益介质(5)、调制开关(6)及偏振片(7)位于激光谐振腔内；

由泵浦源(1)输出的泵浦光经传能光纤(2)进入耦合透镜组(3)耦合，然后经输入镜(4)到激光增益介质(5)进行泵浦；

激光经过增益介质(5)的放大后通过经主动调制开关(6)、偏振片(7)进行一次调制；

一次调制后的激光经全反镜反射通过二维材料异质结(10)进行二次调制后从输出镜(11)输出。

2.根据权利要求1所述基于二维材料异质结和主动调制开关双调制的可调频锁模激光器，其特征在于：激光增益介质(5)选择近红外或中红外波段的激光晶体，晶体端镀泵浦光增透膜R≥99％，另一端镀有泵浦光和振荡激光增透膜，R≤0.1％。

3.根据权利要求1所述基于二维材料异质结和主动调制开关双调制的可调频锁模激光器，其特征在于：输入镜(4)是平面镜，表面镀有泵浦光增透膜：R≤0.1％，以及振荡激光高反膜：R≥99％，腔镜厚度约为1～2mm。

4.根据权利要求1所述基于二维材料异质结和主动调制开关双调制的可调频锁模激光器，其特征在于：输出镜(11)是平面镜镀有振荡激光部分透过膜，透过率T＝1～20％，输出镜的厚度约为1～2mm。

5.根据权利要求1所述基于二维材料异质结和调制开关双调制的可调频锁模激光器，其特征在于：全反镜为谐振腔的腔镜，包括第一反射镜(8)和第二反射镜(9)，第一反射镜(8)和第二反射镜(9)曲率半径分别为500mm和150mm的凹面镜，均镀振荡激光的高反膜，R≥99％，腔镜厚度约为1～2mm，镀膜波长以振荡激光的波长为准。

6.根据权利要求1所述基于二维材料异质结和主动调制开关双调制的可调频锁模激光器，其特征在于：偏振片为λ/4波片。

7.根据权利要求1所述基于二维材料异质结和主动调制开关双调制的可调频锁模激光器，其特征在于：调制开关(6)为BBO晶体或RTP晶体，双面镀有增透膜，驱动电压为3.8KV，频率为1-5kHZ。

8.根据权利要求1所述基于二维材料异质结和主动调制开关双调制的可调频锁模激光器，其特征在于：二维材料异质结制备方法如下：

1)BN块状材料放置于一个粘性衬底上，采用高分子材料胶带对BN表面进行粘贴然后撕离，获取少层的二维材料h-BN薄膜；

2)用聚二甲基硅氧烷PDMS附在步骤1)h-BN薄膜上进行撕离；

3)减少h-BN材料的厚度，将材料转移至PDMS表面；

4)将粘附了少层h-BN薄膜的聚二甲基硅氧烷PDMS附着在石英玻璃板上，借助实验室的光学显微镜，利用长焦镜头，将聚二甲基硅氧烷PDMS上的h-BN薄膜按压到少层BP薄膜上，即获得二维材料异质结。

9.根据权利要求8所述基于二维材料异质结和调制开关双调制的可调频锁模激光器，其特征在于：将步骤4)得到的二维材料异质结再次与二维材料h-BN进行堆叠得到双层异质结薄膜。

10.根据权利要求1至9任一项所述基于二维材料异质结和调制开关双调制的可调频锁模激光器，其特征在于：可调频锁模激光器产生的锁模脉冲在激光谐振腔内k次往返后激光器的激光谐振腔内光子数密度的相对振幅可表示为：

其中，ω_l是激光基模的平均光束半径；以光轴上的点为原点，r是径向坐标，t代表时间，σ是激光增益介质(5)晶体的发射截面；l代表激光增益介质(5)通光方向的长度，n(r，t_k)是激光谐振腔内锁模脉冲往返k次后的反转粒子数密度值；ω_m、ω_SA和ω_EO分别代表了激光谐振腔内高斯光束在增益介质、激光谐振腔和调制开关(6)位置处的高斯光束半径，L代表了激光谐振腔内脉冲往返的传输损耗，δ_c代表了激光谐振腔内调制开关(6)对锁模脉冲的往返平均损耗；

对于往返k次可调频锁模激光器产生的的锁模脉冲，异质结h-BN/BP可饱和吸收体的对脉冲的吸收损耗

α_s和α_ns分别代表饱和吸收损耗和非饱和吸收损耗，I_sat代表了二维材料异质结薄膜的饱和光强，τ_p与腔内锁模脉冲的脉宽τ具有关系τ＝1.76τ_p。