[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

说明书

本发明提供了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。其包括：泵浦源、传能光纤、耦合透镜组、激光增益介质、调制开关、偏振片、二维材料异质结、输入镜、全反镜和输出镜，输入镜、全反镜和输出镜构成激光谐振腔，激光增益介质、调制开关及偏振片位于激光谐振腔内；由泵浦源输出的泵浦光经传能光纤进入耦合透镜组耦合，然后经输入镜到激光增益介质进行泵浦；激光经过增益介质的放大后通过经主动调制开关、偏振片进行一次调制；一次调制后的激光经全反镜反射通过二维材料异质结进行二次调制后从输出镜输出。

技术领域

本发明涉及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，属于激光技术领域。

背景技术

中红外波段的激光因其独特的优势被人们广泛关注。作为人眼安全窗口，中红外波段的电磁波不会对眼睛造成不可恢复的损伤。此外，由于多种大气成分的特征吸收光谱均与2μm 波段的激光相对应，故其在环境监测和空间通信等领域具有广泛的应用。在医疗领域，中红外波段激光更加适合进行健康检查或者小损伤及高精度的外科手术，甚至可以在不损伤正常细胞的前提下仅仅消灭癌细胞。在科研领域，中红外波段的激光也有着重要的应用价值。利用中红外超快激光脉冲与物质相互作用，可获得更高能量的紫外乃至X射线波段光子。此外，中红外波段的超快激光已成为非线性激光雷达、军事对抗技术的前沿热点，具有极高的军事价值。因此，对中红外波段激光及激光器件的研究对于国家安全和国民经济建设具有十分重要的意义。

“更高、更快、更强”一直是人类社会追求的目标，在激光领域也是如此。对于中红外波段的激光来讲，更高的峰值功率和更短的脉宽是国内外研究人员共同追求的目标。而制约激光特性的因素主要有两个方面，一是激光技术的运用，二是核心材料和元件的选择。在激光技术方面，相比于主动锁模技术，基于可饱和吸收体的被动锁模技术可以产生更短的脉宽，且激光器整体更加简单、紧凑。但是，单纯依赖可饱和吸收体调制锁模的激光脉冲大多具有超高的重复频率，这从某些程度上限制了脉冲峰值功率的提高。如何能够在获得锁模级脉冲宽度的同时降低脉冲的重复频率，提高脉冲峰值功率是目前全固态激光领域急需解决的问题之一。

此外，到目前为止，中红外波段应用最多的可饱和吸收调制材料依然是SESAM。但是， SESAM的使用却有极大的局限性，对1.9μm以上波段的激光，无法精确地控制其饱和通量、恢复时间等参数，也无法实现宽带调制。此外，制备SESAM技术复杂、费用极高。相比于SESAM，近几年广泛应用的二维材料可饱和吸收体，包括石墨烯(Graphene)、过渡金属硫化物(TMDCs)、拓扑绝缘体(TIs)和黑磷(BP)等，因为具有制作简单，成本低，且光谱范围宽，可饱和吸收特性好等优点被研究人员高度重视。但是，几乎所有的单层或者少层二维材料可饱和吸收体都存在易氧化，抗损伤能力低等问题。如何寻找一种更加适合的可饱和吸收体成为中红外激光领域急需解决的问题之一。