基于石墨烯锁模技术的镱离子掺杂四钼酸盐晶体微片超快激光研究

Solid ultrashort pulse laser of passive mode-locking microchip crystal is a hot research field of ultrafast laser, Yb - doped laser crystals are the preferred material of ultrashort pulse laser because of its advantages of wavelength of 1μm. This project will use the many kinds of Yb-doped four molybdate and four modified molybdate crystals grown by our group as the research object. According to properties of the crystal self-tuning, characteristics of coefficient of thermal conductivity and characteristics of natural liberation,we will systematically research on the thermal effect of laser crystal, special processing technique of crystal, optimization of resonant cavity, saturable absorber manufacture method of graphene oxide / graphene, characteristics of birefringence self-tuning wavelength and innovation research of the overall laser experimental technology, and so on.In the world ,we first apply saturable absorber of graphene oxide / graphene to research of ultrafast ps-fs microchip laser output experiment due to the properties of crystal self-tuning.The study will enrich the ultrafast laser theory and experimental methods of microchip laser crystal and fill the research gaps at home and abroad in this area, and finally develop 1-2 novel all solid state ultra short pulse laser of miniaturizing and potential application prospect.

被动锁模微片固体超短脉冲激光是超快激光领域的研究热点，掺Yb离子的激光晶体因荧光带宽宽、容易与半导体激光泵浦源配合等特性，成为1微米波段超短脉冲激光实现的主要材料。本项目将采用课题组生长的多个掺Yb离子四钼酸盐及改性四钼酸盐晶体作为研究对象，针对该类型晶体双折射自调谐性质、激光性能特点和天然解离特性，通过对上述不同类型激光晶体热效应理论研究、晶体的特殊加工技术、谐振腔的优化、氧化石墨烯/石墨烯饱和吸收体的制作方法、双折射自调谐特性和整体实验技术方案等内容的创新研究，在国际上首次采用掺Yb离子四钼酸盐晶体及氧化石墨烯/石墨烯等饱和吸收体进行自调谐超快微片皮秒到飞秒激光输出实验研究。本项目研究成果将丰富小型微片超快激光技术理论和实验方法，填补国内外在该项领域中的研究空白，获得自主知识产权，并最终发展1-2种具有潜在应用前景的新型小型化全固体超短脉冲激光器。

固体超短脉冲激光是超快激光领域的研究热点，掺Yb离子的激光晶体因荧光带宽宽、容易与半导体激光泵浦源配合等特性，成为1微米波段超短脉冲激光实现的主要材料。本项目历时四年，在国家自然科学基金委员会的大力支持下，结合研究计划和项目计划书，针对申报书中的研究目标和6项研究内容，团队分别在钼酸盐与钼酸盐晶体改性、晶体生长技术、激光性能评价、晶体优选、被动饱和吸收体材料研究、锁模元件制备和连续与脉冲激光实验研究等方面取得了初步成果。理清了对于四钼酸盐的完全解离性、热效应大等缺点与晶体的高度无序、可掺杂浓度高、激光阈值低等优点之间的关系，为开发小功率微片紧凑型激光技术提供了参考依据。. 课题组生长了多个掺Yb离子等稀土离子的二钼酸盐、四钼酸盐及改性四钼酸盐晶体、七钼酸盐等，评价了这几类晶体的激光性能，并通过不断地改进生长工艺和掺杂浓度，最终获得了光学级的5%Yb:BaGd(MoO4)4、5% Yb:K5Bi(WO4)0.22(MoO4)3.78、30%Yb:K5Bi(WO4)0.22(MoO4)3.78几种激光晶体。针对这几种晶体激光性能特点和天然解离特性，通过特殊加工技术设计和实验技术设计，先后使用了调Q锁模技术、被动饱和吸收体等，实现了调Q锁模输出、微片激光连续输出等，通过后续的不断研发与改进，有望获得2种具有产业化前景的新型小型化全固体激光器。. 通过本项目的研究，获得了授权发明专利3件、二审发明专利3件、申请发明专利2件。在Optical Materials Express、Optics Letters、OE、Applied Optics等本领域知名杂志和国内《人工晶体学报》、《红外与激光工程》等杂志上发表了标注论文25篇，其中第一和通讯作者论文16篇，第一标注论文20篇。培养青年教工8名，培养硕士和博士研究生10人，合作博士后1人。培养本科人才16人次，其中6为同学获得了研究生免推资格。