[发明专利]一种基于二维材料的全固态中红外锁模激光器

说明书

本发明公开了一种基于二维材料的全固态中红外锁模激光器以及实现中红外超短脉冲的方法；包括：泵浦激光器，其用以输出2.9微米泵浦激光光束；二向色镜，其用以接收所述泵浦源激光光束且透射至低温恒温装置中；低温恒温装置，采用液氮制冷，由激光晶体、密封窗口片组成；二维材料可饱和吸收体；谐振腔，Z型谐振腔，由输出耦合镜、二向色镜、一对带有一定曲率的对激光波长高反的凹面镜、可饱和吸收体组成。实现输出波长在3‑5微米波段，重复频率在百MHz量级，脉宽在飞秒量级，峰值功率大约在kW量级的中红外超短脉冲激光器。并将采用调节Fe²⁺:ZnS温度的方法，实现超短脉冲中红外激光波长的连续调谐。类似的，本发明能够利用不同的中红外激光晶体与中红外锁模器件相配合的方式实现不同波长的中远红外激光。

技术领域

本发明属于中红外锁模激光技术领域，具体的说是涉及一种基于二维材料的全固态中红外锁模激光器以及直接实现中红外超短脉冲的方法。

背景技术

高峰值功率、高重复频率的3-5μm中红外超短脉冲激光器，在科学前沿、激光通信、医疗、环境监测等方面都有着重要的应用价值和发展前景。目前，基于非线性光学晶体的频率下转换是产生3-5μm全固态中红外激光的比较常见的方法之一。它利用频率下转换将可见光或近红外光转换到中红外波段，是间接获得中红外超短脉冲激光的方法。具有可输出高重复频率、高功率中红外激光的特点，但是效率较低、系统较复杂、成本相对较高。而直接获得中红外超短脉冲的一个简单方式是全固态锁模激光器。中红外全固态锁模的实现需要满足三个必要条件，一是较成熟的增益带宽较宽且激光发射波长位于中红外波段的激光增益介质，二是与激光增益介质吸收带宽相匹配的泵浦光光源，三是可获得中红外波段超短脉冲激光的调制元件(激光介质本身也可以是调制元件)。近年来，中红外激光晶体及中红外可饱和吸收体的研究发展迅猛，使得直接获得中红外超短脉冲激光成为可能。

目前，已实现Cr:ZnS晶体的克尔透镜锁模，输出波长约2.39μm，脉冲宽度已经达到69fs。但其波长较短，未在中红外波段。黑磷是新发现的二维层状材料，近年来作为一种新型的可饱和吸收材料引起了广泛的关注。范围覆盖了光谱中从可见光到中红外光的波段。利用黑磷作为可饱和吸收体，已成功应用于Er:ZBLAN光纤激光器中实现锁模，最长输出波长约3.5μm，脉冲宽度几十ps。利用黑磷作为可饱和吸收体，中红外波段的锁模激光器的实验与研究都局限在光纤激光器中，而锁模全固态激光器尤其在中红外3-5μm波段却未见报道。若有一种直接产生中红外锁模激光的方法，将对未来的中红外超短脉冲技术的发展将起到至关重要的影响，填补中红外3-5μm波段锁模全固态激光器研究的空白。

发明内容

鉴于已有技术存在的缺陷，本发明的目的是要提供一种基于二维材料的全固态中红外锁模激光器，其利用二维材料的可饱和吸收特性实现3-5微米的超短脉冲输出。

为了实现上述目的，本发明的技术方案：

一种基于二维材料的全固态中红外锁模激光器，其特征在于，包括：

泵浦激光器，其用以输出微米范围泵浦源激光光束；

二向色镜，其用以接收所述泵浦源激光光束且将泵浦光透射至低温恒温装置中的激光晶体；

采用液氮制冷的低温恒温装置，设有两个供激光透过的密封窗口；所述激光晶体置于低温恒温装置中；

二维材料可饱和吸收体，其用以获得中红外波段超短脉冲激光的调制元件(激光介质本身也可以是调制元件)；

谐振腔，Z型谐振腔，提供一往返光路，以使激光在谐振腔内发生振荡并实现锁模。由输出耦合镜、二向色镜、一对带有一定曲率的对激光波长高反的第一凹面镜和第二凹面镜、可饱和吸收体组成；