层数可控反射式石墨烯饱和吸收镜的制备及性能研究

Ultrafast pulsed laser，having excellent characteristics，is widely used in basic scientific research, ultrafast laser spectroscopy, quantum coherent control, micro-processing, optical communications and molecular reaction dynamics. The graphene, having both the advantages of SESAM and broad absorption band and broadband modulation, is an excellent saturable absorber material. High-quality large-area graphene single crystal materials are prepared by chemical vapor deposition method. Graphene is transferred to the different high reflector by using wet-transfer method. The number of graphene layers, on the reflection saturable absorber mirror, is controlled accurately. The graphene saturable absorber mirrors have different optical absorption band features to meet the needs of the wavelength of the laser oscillation center. It can achieve sub-picosecond 1～2 μm continuous mode-locked laser stable output，in solid-state lasers. Compared with the widely used semiconductor and carbon nanotube saturable absorber in mode-locked laser, graphene saturable absorber has lot of advantages, such as high thermal damage threshold, low saturation intensity, ultra-fast recovery time, great modulation depth，wide wavelength tuning range，cheap and so on. It is conducive to the realization of high power, long and stable mode-locked operation.

超快脉冲激光因具有优异的特性广泛应用于基础科学研究、超快激光光谱、量子相干控制、微加工、光通讯和分子反应动力学等领域。石墨烯既有半导体可饱和吸收镜（SESAM）的优点又具有宽吸收带和宽带可调制的优秀饱和吸收材料。本课题采用化学气相沉积方法制备高质量大面积单层石墨烯单晶材料，经过湿法转移石墨烯到不同规格激光高反镜上，制备一系列层数可控反射式石墨烯饱和吸收镜，获取不同的光学吸收特性，以满足不同激光振荡中心波长的需要，用于固体激光器，实现亚皮秒量级1～2 μm波段连续锁模激光稳定输出。与目前锁模激光器广泛使用的半导体和碳纳米管饱和吸收体相比，石墨烯饱和吸收镜具有热损伤阈值高、饱和强度低、恢复时间短、调制深度大、波长调谐范围宽和价格便宜等优点,有利于实现高功率、长时间稳定的锁模运转。本课题对加强我国新型材料基础研究和促进新型光电器件的应用与开发、加快我国高新技术产业步伐和国防建设都有重要意义。

超快脉冲激光因具有优异的特性广泛应用于基础科学研究、超快激光光谱、量子相干控制、微加工、光通讯和分子反应动力学等领域。石墨烯既有半导体可饱和吸收镜（SESAM）的优点又具有宽吸收带和宽带可调制的优秀饱和吸收材料。相对于传统的SESAM和SWCNT等饱和吸收材料，石墨烯无需能带工程设计与复杂的外延法生长，制作成本很低；而且它具有饱和强度低、恢复时间短、散射损耗小、损伤阈值高等优点，更为重要的是理论上，石墨烯的饱和吸收特性与光的波长无关，因而是理想的宽带饱和吸收体。本课题采用化学气相沉积方法制备高质量大面积单层石墨烯单晶材料，经过湿法、干法转移石墨烯到不同规格激光高反镜上，制备一系列层数可控反射式石墨烯饱和吸收镜；直接通过CVD方法在石英、蓝宝石上制备单层石墨烯，制备透过式饱和吸收体用于固态锁模；将生长的石墨烯薄膜逐层转移到光纤跳线的氧化锆插芯端面上做成可饱和吸收材料,探索在光纤上直接生长石墨烯饱和吸收体的条件；获取不同的光学吸收特性，以满足不同激光振荡中心波长的需要，实现亚皮秒量级1～2μm波段连续锁模激光稳定输出。同时开展热分解法制备大面积层数可控过渡金属硫化物，作为饱和吸收体用于固态及光纤锁模激光器。第一次提出了以氟云母为基底的二硫化钨吸收体，氟云母有高弹性、较高的软化温度、热耗散和激光损伤阈值，结果表明生长在氟云母薄片上的二硫化钨是在光子应用程序上具有实用价值的非线性光学材料。在本课题的资助下，发表论文10篇，申请专利2项，培养学生3名。本课题对加强我国新型材料基础研究和促进新型光电器件的应用与开发、加快我国高新技术产业步伐和国防建设都有重要意义。