二维材料调制的～3.0μm Er³⁺调Q激光

【作者】 游振宇； 王燕； 朱昭捷； 李坚富； 涂朝阳；

【机构】 中国科学院福建物质结构研究所；

【摘要】 铒离子能够有效地辐射出2.6至3.0μm波段的激光,而这个波段正好位于水的最强吸收峰,因此高功率输出的Er激光在军事、医疗、科学研究等领域有着广泛的应用前景[1-3]。石墨烯及石墨烯/Bi₂Te₃二维材料由于其独特的能带结构,使得其可以应用于中红外波段,实现～3.0μm的被动调Q激光。我们通过提拉法生长了Er³⁺激活的Gd₃Ga₅O₁₂（GGG）、Lu₃Ga₅O₁₂（LuGG）、Y₃Sc₂Ga₃O₁₂（YSGG）晶体,采用967 nm的半导体作为泵浦源,实现了2796 nm处最大平均功率为520 m W的连续激光输出。在此基础上,我们制备了石墨烯及石墨烯/Bi₂Te₃二维材料,并采用旋涂与滴涂法制备了对应的可饱和吸收镜。采用石墨烯调制的Er:Pr:GGG晶体实现了平均功率为186 mW的激光输出,最短脉冲宽度为360 ns[4];采用Bi₂Te₃/石墨烯调制的Er:YSGG晶体实现了峰值功率为5.14 W的激光输出,最短的脉冲宽度为243 ns[5];Bi₂Te₃/石墨烯调制的Er:LuGG晶体实现了峰值功率为5.97 W的激光输出,最短脉冲宽度为340 ns[6]。这些结果证明在中红外波段,石墨烯与Bi₂Te₃/石墨烯二维材料是较为适用的可饱和吸收材料,可以基于铒激活的镓酸盐石榴石晶体,实现稳定的中红外被动调Q激光输出。更多还原