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1、(10)申请公布号 CN 103368059 A(43)申请公布日 2013.10.23CN103368059A*CN103368059A*(21)申请号 201310312516.5(22)申请日 2013.07.23H01S 3/11(2006.01)G02F 1/35(2006.01)B82Y 20/00(2011.01)(71)申请人上海交通大学地址 200240 上海市闵行区东川路800号(72)发明人郑燃 义理林 李伟雄 胡卫生(74)专利代理机构上海旭诚知识产权代理有限公司 31220代理人郑立(54) 发明名称基于石墨烯的反射型可饱和吸收体及制备方法(57) 摘要本发明公开了一。
2、种全新的基于石墨烯的反射型可饱和吸收体及制备方法。本发明获得的可饱和吸收体包括可饱和吸收层、反射膜层、基底层。制备方法如下：在生长于铜箔上的石墨烯薄膜上镀金膜，并将其倒置过来使金膜朝下，与上表面镀金膜的硅基底粘合，平整的光纤端面与石墨烯平整接触，并将光纤与可饱和吸收体固定并封装在一起。石墨烯作为可饱和吸收体具有饱和强度低、超快速的恢复时间、调制深度可调、与波长无关以及低成本等优点，结合这种反射型可饱和吸收体所特有的结构优势，实现了一种实用型的，简单高效，工作性能稳定，光损伤阈值高，且便于大规模生产的新型可饱和吸收体。(51)Int.Cl.权利要求书1页 说明书4页 附图1页(19)中华人民共和。
3、国国家知识产权局(12)发明专利申请权利要求书1页 说明书4页 附图1页(10)申请公布号 CN 103368059 ACN 103368059 A1/1页21.基于石墨烯的反射型可饱和吸收体，其特征在于，包括可饱和吸收层、反射膜层、基底层；所述可饱和吸收层、所述反射膜层、所述基底层三层贴合成一体，所述反射膜层位于所述可饱和吸收层与所述基底层之间。2.如权利要求1所述的基于石墨烯的反射型可饱和吸收体，其特征在于，所述可饱和吸收层是石墨烯、氧化石墨烯或者官能化石墨烯之中的一种。3.如权利要求1所述的基于石墨烯的反射型可饱和吸收体，其特征在于，所述反射膜层是金膜、银膜、铜膜或者铝膜之中的一种。4.。
4、如权利要求1所述的基于石墨烯的反射型可饱和吸收体，其特征在于，所述基底层是硅或者二氧化硅之中的一种。5.基于石墨烯的反射型可饱和吸收体的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：（1）在铜箔上生长石墨烯；（2）在所述石墨烯表面镀第一反射膜，得到镀第一反射膜的石墨烯；（3）在基底上表面镀第二反射膜，得到镀第二反射膜的基底；（4）将步骤（2）中所述镀第一反射膜的石墨烯倒置，使所述第一反射膜朝下并与步骤（3）中所述镀第二反射膜的基底上的所述第二反射膜结合在一起；（5）将所述铜箔腐蚀掉，露出所述石墨烯。6.如权利要求5所述的基于石墨烯的反射型可饱和吸收体的制备方法，其特征在于，所述第一反射膜与所述第二反射膜。
5、材料相同，选自金膜、银膜、铜膜、铝膜之中的一种。7.如权利要求5所述的基于石墨烯的反射型可饱和吸收体的制备方法，其特征在于，所述基底选自硅或者二氧化硅之中的一种。8.如权利要求5所述的基于石墨烯的反射型可饱和吸收体的制备方法，其特征在于，用蒸镀方法镀所述第一反射膜与所述第二反射膜。9.如权利要求5所述的基于石墨烯的反射型可饱和吸收体的制备方法，其特征在于，所述石墨烯上所述第一反射膜与所述基底上所述第二反射膜用光胶或者紫外胶结合。10.如权利要求5所述的基于石墨烯的反射型可饱和吸收体的制备方法，其特征在于，利用氯化铁溶液刻蚀掉所述铜箔。权 利 要 求 书CN 103368059 A1/4页3基于。
6、石墨烯的反射型可饱和吸收体及制备方法技术领域0001 本发明涉及激光光学器件，尤其涉及一种反射型可饱和吸收体及制备方法。背景技术0002 超短脉冲在光纤通信、超快光学、光纤传感、工业加工、光信息处理、激光制导、医疗、惯性约束快点火等领域都有着重要的应用，近年来引起人们的广泛研究。可饱和吸收体是被动锁模激光器用来实现超短脉冲的常用方法之一。可饱和吸收体实现锁模的基本机制：当光脉冲通过这种吸收体时，其边翼部分的损耗大于中央部分的损耗，其强度足以使吸收体饱和，结果光脉冲在通过吸收体的过程中被窄化了。0003 目前的可饱和吸收体主要有：染料、色心晶体、半导体可饱和吸收镜（SESAM），单壁碳纳米管（S。
7、WCNT）等，但各自都有各自的缺陷。染料和色心晶体常用于固体激光器中，难以在光纤锁模激光器中应用。半导体可饱和吸收镜是在布拉格反射镜上生长一层半导体饱和吸收体得到。虽然这种可饱和吸收体是目前最常用的，但其工作波长、调制深度、饱和强度与半导体材料、以及材料的生长条件、厚度等都有关系，制作工艺复杂，工作波长范围窄，调制深度很难调整。单壁碳纳米管吸收光波长由管径和手性决定，包含金属型管和半导体型管，而且不易分散，不利于制备可饱和吸收体。0004 2004年石墨烯的发现，为人们带来了新的作为可饱和吸收体的材料，不仅具有吸收强度低、超快速的恢复时间、调制深度可调，而且由于特有的零带隙特点，饱和吸收特性与。
8、波长无关，这些良好的特性弥补了上述几种可饱和吸收体材料的不足。0005 然而，现在已有的基于石墨烯的可饱和吸收体结构主要有附着于光纤端面的、附着在侧面剖磨光纤的、附着在拉锥光纤锥区的三种。0006 经文献检索发现,Atomic-Layer Graphene as a Saturable Absorber for Ultrafast Pulsed Lasers,Q.Bao,H.Zhang,Y.Wang,Z.Ni,Y.Yan,Z.X.Shen,K.P.Loh,and D.Y.Tang,Adv.Funct.Mater.19,3077(2009).（单层石墨烯作为可饱和吸收体实现超短脉冲，Q.Bao,。
9、H.Zhang,Y.Wang,Z.Ni,Y.Yan,Z.X.Shen,K.P.Loh,and D.Y.Tang,先进功能材料，第19卷，19期，第3077页，2009年）一文首次介绍了将单层石墨烯附着在光纤端面作为可饱和吸收体来实现通信波段756fs的锁模脉冲。Graphene mode-lockers for fiber lasers functioned with evanescentfield interaction,Y.W.Song,S.Y.Jang,W.S.Han,and M.K.Bae,Appl.Phys.Lett.96,051122(2010)（石墨烯与消逝场作用的锁模激光器，Y。
10、.W.Song,S.Y.Jang,W.S.Han,and M.K.Bae,应用物理快报，第96卷，第5期，第11章，第22篇，2010年）一文介绍了一种石墨烯悬浮液旋涂在侧面剖磨光纤中作为被动锁模激光器可饱和吸收体来实现锁模。Evanescent-Light Deposition of Graphene Onto Tapered Fibers for Passive Q-Switch and Mode-Locker,J.Wang,Z.Luo,M.Zhou,C.Ye,H.Fu,Z.Cai,H.Cheng,H.Xu,and W.Qi,IEEE Photon.J.4(5),12951305(2012。
11、)（拉锥光纤消逝场光沉积石墨烯用于被动Q开关和锁模，J.Wang,Z.Luo,M.Zhou,C.Ye,H.Fu,Z.Cai,H.Cheng,H.Xu,and W.Qi,光子学杂志，第4卷第5期，第1295-1305页，2012年）介绍了利用石墨烯聚说 明 书CN 103368059 A2/4页4合物液滴将石墨烯附着于拉锥光纤锥区作为可饱和吸收体，并实现了锁模。0007 但这三种也都具有各自的缺点：附着于光纤端面型的，石墨烯薄膜往往去除PMMA（聚甲基丙烯酸甲酯）困难，PMMA的存在就限制了光场的强度，因为高光场强度容易损坏附着有PMMA石墨烯薄膜，此外，这种结构还具有容易破损、石墨烯薄膜易脱落。
12、、且不能大规模生产等显著的缺点。附着于侧面剖磨光纤的同样难以去除PMMA，会影响其石墨烯的可饱和吸收性。附着于拉锥光纤锥区的石墨烯混乱地附着在锥区，均匀性差，会增强光的散射，而且功率较大时容易导致能量聚集在某一点而烧坏光纤。0008 因此，本领域的技术人员致力于开发一种不含PMMA且结构简单、性能稳定的石墨烯可饱和吸收体。发明内容0009 有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种不含PMMA且结构简单、性能稳定的石墨烯可饱和吸收体。0010 为实现上述目的，本发明提供了一种基于石墨烯的反射型可饱和吸收体，具体的技术方案是：0011 基于石墨烯的反射型可饱和吸收体，包括可饱和。
13、吸收层、反射膜层、基底层；0012 所述可饱和吸收层、所述反射膜层、所述基底层三层贴合成一体，所述反射膜层位于所述可饱和吸收层与所述基底层之间。0013 优选地，所述可饱和吸收层是石墨烯、氧化石墨烯或者官能化石墨烯之中的一种。可饱和吸收层是基于石墨烯的反射型可饱和吸收体最主要的部分，激光光线在通过可饱和吸收层的过程中被窄化。0014 优选地，所述反射膜层是金膜、银膜、铜膜或者铝膜之中的一种，也可采用其他对光具有高反射性的材料。金膜、银膜、铜膜、铝膜或者其他对光具有高反射性的材料的作用是，使入射其上的激光反射，使激光再次通过石墨烯，增强了石墨烯对激光的可饱和吸收作用。0015 优选地，所述基底层。
14、是硅或者二氧化硅之中的一种，也可采用其他形态固定、化学性质稳定的块状材料，起到承载反射膜层和可饱和吸收层的作用。0016 本发明还提供了基于石墨烯的反射型可饱和吸收体的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：0017 （1）在铜箔上生长石墨烯；0018 （2）在所述石墨烯表面镀第一反射膜，得到镀第一反射膜的石墨烯；0019 （3）在基底上表面镀第二反射膜，得到镀第二反射膜的基底；0020 （4）将步骤（2）中所述镀第一反射膜的石墨烯倒置，使所述第一反射膜朝下并与步骤（3）中所述镀第二反射膜的基底上的所述第二反射膜结合在一起；0021 （5）将所述铜箔腐蚀掉，露出所述石墨烯。0022 优选地，所述第。
15、一反射膜与所述第二反射膜材料相同，选自金膜、银膜、铜膜、铝膜之中的一种。0023 优选地，所述基底选自硅或者二氧化硅之中的一种。0024 优选地，用蒸镀方法镀所述第一反射膜与所述第二反射膜。蒸镀设备简单、工艺成说 明 书CN 103368059 A3/4页5熟，可以获得均匀的反射膜层。0025 优选地，所述石墨烯上所述第一反射膜与所述基底上所述第二反射膜用光胶或者紫外胶结合，使第一反射膜和第二反射膜紧密地贴合在一起，成为反射膜层。0026 优选地，利用氯化铁溶液刻蚀掉所述铜箔，使石墨烯完全显露出来。0027 在本发明的较佳实施方式中，选用金膜作为反射膜，硅作为基底，制得了基于石墨烯的反射型可饱。
16、和吸收体。0028 在本发明的另一较佳实施方式中，选用银膜作为反射膜，二氧化硅作为基底，制得了基于石墨烯的反射型可饱和吸收体。0029 与现有技术相比，本发明的有益效果是：0030 （1）基于反射型结构，可应用于线性腔锁模激光器；0031 （2）不存在去除PMMA的问题，石墨烯能保持完整的化学结构；0032 （3）不含PMMA等杂质光损伤阈值高；0033 （4）单层石墨烯均匀覆盖，性能稳定，简单高效；0034 （5）通过镀膜的方式将石墨烯稳定的吸附在反射膜上，不易脱落；0035 （6）便于大规模生产。0036 以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发。
17、明的目的、特征和效果。附图说明0037 图1是本发明的一个较佳实施例的反射型可饱和吸收体的示意图；0038 图2是本发明的一个较佳实施例的反射型可饱和吸收体的制备流程图。具体实施方式0039 实施例一0040 下面结合图2详细介绍基于石墨烯的反射型可饱和吸收体及制备方法。图2中包括：铜箔1、石墨烯2、第一金膜3、硅基底4、第二金膜5、光纤6、光纤与石墨烯的接触面7。0041 基于石墨烯的反射型可饱和吸收体制备方法，包括以下步骤：0042 采用化学气相沉积（CVD）方法在铜箔1上生长石墨烯2。首先将铜箔1放入石英管，温度升至8001100，之后通入10200sccm的氢气退火530分钟，而后通入。
18、甲烷、乙炔中的一种或两种气体，气体流量10300sccm，石墨烯2生长560分钟后，关闭碳源气体在氢气氛围下快速降温。在生长完成的石墨烯2上表面蒸镀上厚度200nm左右的第一金膜3。在厚度为毫米级的硅基底4上镀上与第一金膜3厚度相近的第二金膜5。使铜箔1朝上，第一金膜3朝下放置，第一金膜3与第二金膜5通过光胶的方法粘合在一起，使第一金膜3和第二金膜5成为整体，即所谓的反射膜层。利用0.5mol/L的氯化铁溶液腐蚀掉铜箔1，并在去离子水中漂洗石墨烯2外表面，尽可能去除杂质。基于石墨烯的反射型可饱和吸收体制备完成。0043 硅基底形状固定、化学性能稳定，能够很好地承载和固定金膜；金膜对光纤具有很强。
19、的反射能力，激光束透过石墨烯射到金膜上，金膜将激光束反射后再次透过石墨烯；石墨烯起到了两次饱和吸收的作用，使激光光束进一步窄化。说 明 书CN 103368059 A4/4页60044 用此种方法制备的基于石墨烯的反射型可饱和吸收体与普通的可饱和吸收体相比，具有以下优点：不含PMMA等杂质；通过镀膜的方式将石墨烯稳定的吸附在反射膜上不易脱落，石墨烯均匀覆盖，性能稳定；巧妙地设置了反射膜层，通过反射膜对光的反射，增强了石墨烯可饱和吸收作用。0045 引出尾纤的光纤6的端面打磨平整，平整度在nm量级，并将光纤6的平整端面与石墨烯2面对面平整接触，间隙控制在1um以下，尽量增大金膜反射光入纤时的耦合。
20、效率。最后将尾纤与可饱和吸收体的位置固定，并封装在一起。本实施例制备的可饱和吸收体基于反射型结构，可应用于线性腔锁模激光器。0046 实施例二0047 采用化学气相沉积（CVD）方法在铜箔上生长石墨烯。首先将铜箔放入石英管，温度升至8001100，之后通入10200sccm的氢气退火530分钟，而后通入甲烷、乙炔中的一种或两种气体，气体流量10300sccm，石墨烯生长560分钟后，关闭碳源气体在氢气氛围下快速降温。在生长完成的石墨烯上表面镀上厚度200nm左右的第一银膜。在厚度为毫米级的二氧化硅基底上镀上与第一银膜厚度相近的第二银膜。使铜箔朝上，第一银膜朝下放置，第一银膜与第二银膜通过紫外胶的方法粘合在一起，使第一银膜和第二银膜成为整体，即所谓的反射膜层。利用0.5mol/L的氯化铁溶液腐蚀掉铜箔，并在去离子水中漂洗石墨烯外表面，尽可能去除杂质。基于石墨烯的反射型可饱和吸收体制备完成。0048 以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。说 明 书CN 103368059 A1/1页7图1图2说 明 书 附 图CN 103368059 A。