專利名稱：一種基于大尺寸石墨烯的飽和吸收鏡的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種飽和吸收鏡的制備方法，特別涉及一種基于大尺寸石墨烯的飽和吸收鏡的制備方法，屬于超短脈沖固體激光可飽和吸收鏡制備技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
超短脈沖激光的特性導(dǎo)致它具有廣泛的用途和巨大的市場。而要獲得應(yīng)用如此廣泛的超短脈沖激光，一般通過鎖模技術(shù)來實現(xiàn)。由于被動鎖模技術(shù)能產(chǎn)生皮秒乃至飛秒量級的超短脈沖且其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單而備受青睞。被動鎖模是利用材料的非線性吸收或非線性相變的特性來產(chǎn)生激光超短脈沖，常見的商用非線性材料有半導(dǎo)體飽和吸收體(SESAM) 等。但是，半導(dǎo)體飽和吸收體被動鎖模技術(shù)存在很多缺點制作半導(dǎo)體飽和吸收體需要相對復(fù)雜和昂貴的超凈間制造系統(tǒng)，這類器件的典型恢復(fù)時間大約幾個納秒(I(T9S)。此外，半導(dǎo)體飽和吸收體的光損傷閾值很低，需要特殊設(shè)計。石墨烯(graphene)是2004年英國曼徹斯特大學(xué)A. Geim研究組用剝離的方法首先發(fā)現(xiàn)的一種sp2雜化碳結(jié)構(gòu)基元的同素異形體，是由單層碳原子緊密堆積成二維蜂窩狀晶格結(jié)構(gòu)的單晶功能材料。人們在研究它在微納電子元件中的應(yīng)用的同時，還發(fā)現(xiàn)了單層石墨烯飽和吸收特性。相對于傳統(tǒng)的SESAM飽和吸收材料，石墨烯無需能帶工程設(shè)計與復(fù)雜的外延法生長，制作成本很低；而且它具有飽和強度低、恢復(fù)時間短、散射損耗小、損傷閾值高等優(yōu)點，更為重要的是理論上，石墨烯的飽和吸收特性與光的波長無關(guān)，因而是理想的寬帶飽和吸收體。這就決定了石墨烯作為飽和吸收調(diào)制元件，是一種在超快脈沖產(chǎn)生、光纖孤子通訊、光開關(guān)等諸多現(xiàn)代光子學(xué)領(lǐng)域極有應(yīng)用前景的多功能材料。中國專利CN10220164A公開了一種基于石墨烯的可飽和吸收鏡的制備方法，具體步驟為把石墨烯加入到水或氯仿中，對其進行超聲分散，制備得到石墨烯濃度為4-20mg/ mL的分散液；將石墨烯分散液離心得上清液；若上述溶劑為水，則將質(zhì)量分數(shù)為10% -20% 的聚乙烯醇水溶液加至上述上清液中混合，若上述溶劑為氯仿，則將質(zhì)量分數(shù)為8% -20% 的聚甲基丙烯酸甲酯氯仿溶液加至上述上清液中混合；將上述混合液旋涂于增透鏡或高反鏡上，制得可飽和吸收鏡。但用石墨烯分散液旋涂在增透鏡或高反鏡的石墨烯均勻性較差， 影響了可飽和吸收鏡的鎖模效果。

發(fā)明內(nèi)容
針對上述問題，本發(fā)明將CVD方法制備的石墨烯薄膜轉(zhuǎn)移到高反鏡，從而獲得大尺寸的石墨烯可飽和吸收鏡。該方法簡單、高效、抗損傷閾值高、面積大，所制備的可飽和吸收鏡中的石墨烯能夠保持完整的化學(xué)結(jié)構(gòu)，石墨烯的尺寸在厘米量級。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案一種基于大尺寸石墨烯的飽和吸收鏡的制備方法，包括步驟如下(1)在Cu箔上制備單層石墨烯膜；
(2)將帶石墨烯膜的Cu箔剪成圓形；在圓形Cu箔的石墨烯膜表面上旋涂聚甲基丙烯酸甲酯PMMA，涂完后將其放在150-180°C熱板上烘4-8min ；(3)將烘后的Cu箔放入!^eCl3溶液中室溫浸泡，至石墨烯膜從Cu箔基底脫落并將 Cu腐蝕完全，將石墨烯膜及其上的PMMA遷移到水中清洗去除FeCl3 ；(4)將清洗好的石墨烯膜及其上的PMMA遷移到激光高反鏡，石墨烯膜層與鏡面接觸，用氣槍弱氣流吹至表面激光高反鏡；(5)自然干燥，再放入150-180°C熱板上烘45-60min，將烘干的激光高反鏡放入丙酮中溶去PMMA，用乙醇清洗，自然干燥。上述制備方法中所述的在Cu箔上制備單層石墨烯膜采用CVD法生長。步驟( 所述的旋涂聚甲基丙烯酸甲酯時，均膠機旋涂參數(shù)均膠100-500r/min， 時間 l-5s ；旋膠 3000-4000r/min，時間 10_30s。步驟(3)所述的FeCl3溶液的濃度范圍0. l-2mol/L。步驟(4)所述的用氣槍弱氣流吹至激光高反鏡表面，氣槍的壓強為1. 5-4帕，使帶有石墨烯的PMMA膜與激光高反鏡的表面貼緊。本發(fā)明的優(yōu)點如下(1)采用石墨烯作為飽和吸收鏡，可以用于不同波長；(2)飽和吸收鏡具有飽和強度低、恢復(fù)時間短、散射損耗小、損傷閾值高；(3)本發(fā)明制備過程簡單易行，成本低廉，已于實際應(yīng)用。(4)采用整片石墨烯薄膜比用石墨烯分散液制備的飽和吸收鏡，其石墨烯層更加均勻，其性能更加穩(wěn)定。


圖1是為本發(fā)明實施例1制得的石墨烯可飽和吸收鏡；圖2是本發(fā)明實施例1制得的石墨烯可飽和吸收鏡的拉曼光譜；圖3是本發(fā)明實施例1制得的可飽和吸收鏡鎖模產(chǎn)生的脈沖序列。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進行詳細的描述。實施例給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明并不限于以下實施例。實施例1一種基于石墨烯的可飽和吸收鏡的制備方法，包括以下步驟(1)采用CVD方法在Cu箔上制備單層石墨烯；單層石墨烯采用化學(xué)氣相沉積進行生長，具體步驟為首先將石英管溫度升至800-1100攝氏度，之后通入10-200sCCm的氫氣退火5-30分鐘，而后通入甲烷、乙炔中的一種或兩種氣體。氣體流量在10-300SCCm，生長 5-60min后，關(guān)閉碳源氣體在氫氣氛圍下快速降溫。(2)剪切Cu箔成Φ 20mm、Φ 25. 4mm圓形；根據(jù)激光高反鏡的直徑大小剪切Cu箔， 圓形Cu箔上旋涂PMMA，涂完后將Cu箔放在170°C熱板上烘5min ；均膠機旋涂參數(shù)先均膠 3s，轉(zhuǎn)速500r/min，再旋膠30s，轉(zhuǎn)速4000r/min，使得PMMA均勻旋涂在Cu箔上的單層石墨烯，PMMA的厚度小于20 μ m。
(3)將烘后的Cu箔放入!^Cl3(ImoVL)溶液中室溫浸泡，直到石墨烯膜從Cu基底脫落，并將Cu腐蝕完全；浸泡時間2- ，反應(yīng)速度不能太快，得到單層石墨烯及其上的PMMA 薄膜，PMMA面一直在上。將石墨烯及其上的PMMA膜遷移到水中清洗，采用去離子水清洗， 完全去除狗(13。(4)將清洗好的石墨烯膜及其上的PMMA膜遷移到激光高反鏡，用氣槍弱氣流吹至激光高反鏡表面，氣槍的壓強為1.5-4pa。石墨烯膜及其上的PMMA膜依靠水緊密貼在激光高反鏡的1064nm鍍膜層上，之間不能留有氣泡等間隔。(5)將遷移的樣品自然干燥，自然干燥的時間6_12h，必須完全干燥后才能放到熱板上處理，170°C熱板烘50min，將烘干的激光高反鏡放入丙酮，直到PMMA去除干凈。用乙醇清洗，自然干燥。本實例中，必須把殘留的丙酮完全除掉，保證激光高反膜上只保留單層石墨烯。圖1所示，本實例制備的石墨烯可飽和吸收鏡表面均勻，單層石墨烯完全覆蓋原有的鍍膜。圖2所示石墨烯可飽和吸收鏡的拉曼光譜，表明在制備過程中大面積石墨烯沒有收到破壞，保持單層完整性。圖3所示置于1064nm Nd: YAG激光器中，可以得到被動鎖模脈沖序列。實施例2具體步驟同實施例1，不同之處在于重復(fù)步驟(幻_ 過程一次，在轉(zhuǎn)移1層石墨烯可飽和吸收鏡的基礎(chǔ)上，再轉(zhuǎn)移1層石墨烯，使得飽和吸收鏡上面的石墨烯的層數(shù)為2層。實施例3具體步驟同實施例1，不同之處在于實施例1步驟完成后重復(fù)步驟(幻_ 過程二次，在轉(zhuǎn)移2層石墨烯可飽和吸收鏡的基礎(chǔ)上，再轉(zhuǎn)移1層石墨烯，使得飽和吸收鏡上面的石墨烯的層數(shù)為3層。實施例4具體步驟同實施例1，不同之處在于實施例1步驟完成后重復(fù)步驟(幻_ 過程三次，在轉(zhuǎn)移3層石墨烯可飽和吸收鏡的基礎(chǔ)上，再轉(zhuǎn)移1層石墨烯，使得飽和吸收鏡上面的石墨烯的層數(shù)為4層。實施例5具體步驟同實施例1，不同之處在于實施例1步驟完成后重復(fù)步驟(2)-(5)過程四次，在轉(zhuǎn)移4層石墨烯可飽和吸收鏡的基礎(chǔ)上，再轉(zhuǎn)移1層石墨烯，使得飽和吸收鏡上面的石墨烯的層數(shù)為5層。實施例6具體步驟與實施例1類似，但步驟⑷中采用的高反鏡為1. 3 μ m、1. 5 μ m、1. 9 μ m 高反膜，單層石墨烯轉(zhuǎn)移其上后可作為1. 3 μ m、1. 5 μ m、1. 9 μ m波長的激光高反鏡。實施例7具體步驟與實施例1類似，但步驟(4)中采用的高反鏡為鍍金的高反膜，單層石墨烯轉(zhuǎn)移其上后可作為1 μ m-2 μ m波段的激光高反鏡。實施例8具體步驟與實施例1類似，但步驟(4)中采用1064nm, 1. 3 μ m、1. 5 μ m、1. 9 μ m高反膜增透鏡，單層石墨烯轉(zhuǎn)移到增透鏡，在激光器中作為前端鏡使用。
權(quán)利要求
1.一種基于大尺寸石墨烯的飽和吸收鏡的制備方法，其特征是，包括步驟如下(1)在Cu箔上制備單層石墨烯膜；(2)將帶石墨烯膜的Cu箔剪成圓形；在圓形Cu箔的石墨烯膜表面上旋涂聚甲基丙烯酸甲酯PMMA，涂完后將其放在150-180°C熱板上烘4-8min ；(3)將烘后的Cu箔放入FeCl3溶液中室溫浸泡，至石墨烯膜從Cu箔基底脫落并將Cu 腐蝕完全，將石墨烯膜及其上的PMMA遷移到水中清洗去除!^eCl3;(4)將清洗好的石墨烯膜及其上的PMMA遷移到激光高反鏡，石墨烯膜層與鏡面接觸， 用氣槍弱氣流吹至表面激光高反鏡；(5)自然干燥，再放入150-180°C熱板上烘45-60min，將烘干的激光高反鏡放入丙酮中溶去PMMA，用乙醇清洗，自然干燥。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于大尺寸石墨烯的飽和吸收鏡的制備方法，其特征是，步驟( 所述的旋涂聚甲基丙烯酸甲酯時，均膠機旋涂參數(shù)均膠100-500r/min，時間 l-5s ；旋膠 3000-4000r/min,時間 10_30s。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于大尺寸石墨烯的飽和吸收鏡的制備方法，其特征是，步驟(3)所述的FeCl3溶液的濃度范圍0. l-2mol/L。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于大尺寸石墨烯的飽和吸收鏡的制備方法，其特征是，步驟(4)所述的用氣槍弱氣流吹至激光高反鏡表面，氣槍的壓強為1. 5-4帕，使帶有石墨烯的PMMA膜與激光高反鏡的表面貼緊。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于大尺寸石墨烯的飽和吸收鏡的制備方法，其特征是，重復(fù)步驟(2)-(5)得到多層石墨烯膜的飽和吸收鏡。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于大尺寸石墨烯的飽和吸收鏡的制備方法，在Cu箔上制備單層石墨烯膜，在石墨烯膜上旋涂聚甲基丙烯酸甲酯PMMA，熱烘后放入FeCl3溶液中室溫浸泡，清洗，然后將石墨烯膜及其上的PMMA遷移到激光高反鏡，用氣槍弱氣流吹至激光高反鏡的表面。本發(fā)明方法簡單、高效、抗損傷閾值高、面積大，所制備的可飽和吸收鏡中的石墨烯能夠保持完整的化學(xué)結(jié)構(gòu)，石墨烯的尺寸在厘米量級。
文檔編號H01S3/098GK102545008SQ20121005356
公開日2012年7月4日 申請日期2012年3月2日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月2日
發(fā)明者劉杰, 劉玫, 姜守振, 楊誠, 滿寶元, 范秀偉, 許士才 申請人:山東師范大學(xué)