阅读说明：本技术 一种利用石墨烯纳米带阵列光栅获取频率调制偏振激光的方法 (Method for obtaining frequency modulation polarized laser by utilizing graphene nanoribbon array grating ) 是由 蔡金明 许望伟 郝振亮 卢建臣 于 2020-05-28 设计创作，主要内容包括：本发明涉及低维纳米材料以及光学技术领域,具体涉及一种利用石墨烯纳米带阵列光栅获取频率调制偏振激光的方法,包括以下步骤,(1)在干净的Au(111)单晶近邻台阶面如Au(7 8 8)和Au(11 11 12)单晶面为基底采用自上而下法制备石墨烯纳米带阵列；(2)将制备的石墨烯纳米带阵列转移到基底上,制成光栅；(3)采用偏振拉曼散射光谱标定光栅y轴和x轴；(4)将任意频率激光照射在光栅上,光栅反射出调制频率的偏振激光。本发明采用原子级精确石墨烯纳米带,基于此纳米带的拉曼散射对激光频率进行调制,获得激光具有窄的带宽；对任意频率的激光都能进行调制,潜在应用广泛；光栅调制激光不需要额外电源,使用方便。(The invention relates to the technical field of low-dimensional nano materials and optics, in particular to a method for acquiring frequency modulation polarized laser by utilizing a graphene nanoribbon array grating, which comprises the following steps of (1) preparing a graphene nanoribbon array by adopting a top-down method on the surface of a clean Au (111) single crystal adjacent step, such as Au (788) and Au (111112) single crystal face, as a substrate; (2) transferring the prepared graphene nanoribbon array to a substrate to prepare a grating; (3) calibrating a y axis and an x axis of the grating by adopting a polarized Raman scattering spectrum; (4) laser with any frequency is irradiated on the grating, and the grating reflects polarized laser with modulated frequency. According to the invention, an atomic-level accurate graphene nanoribbon is adopted, and the laser frequency is modulated based on Raman scattering of the nanoribbon, so that the obtained laser has a narrow bandwidth; the laser with any frequency can be modulated, and the potential application is wide; the grating modulation laser does not need an additional power supply, and is convenient to use.)

一种利用石墨烯纳米带阵列光栅获取频率调制偏振激光的 方法

技术领域

本发明涉及纳米材料以及光学技术领域，具体涉及一种利用石墨烯纳米带阵列获得固定频率偏振激光的方法。

背景技术

激光技术在现在科技具有举足轻重的地位，在光电通信领域，军事领域，工业领域等，激光都具有重要应用，同时在科研中，激光也是必不可少的研究工具。使用激光的过程中，对激光进行可控调制一直非常重要的一部分。

科研中，较少使用高强度激光，更多使用强度较低激光光源，此时对激光性质影响最大的是光子能量，光子的能量E=hν，即光子能量与频率成正比，因此对激光的频率进行调制代表着对光子能量进行线性调控，光子能量的调控对激光在科研中的应用具有重要意义。

发明内容

为了扩展激光频率调制的方法，本发明提供一种使用方便，适用面广泛的新型激光频率调制方法，可以获得调制固定频率的偏振激光，主要通过以下技术手段来解决。

一种利用石墨烯纳米带阵列光栅获取频率调制偏振激光的方法,包括以下步骤：

（1）以干净的Au(111) 单晶近邻台阶面为基底用自下而上法制备原子级精确石墨烯纳米带阵列；

（2）将制备的石墨烯纳米带阵列转移到透明薄衬底上，制成光栅；

(3) 通过偏振拉曼测量标定光栅的y轴和x轴。

（4）激光照射到光栅上，将拉曼散射光聚束后获得调制频率的偏振激光；

本发明的有益效果在于：能够对任意频率激光进行频率调制，潜在应用广；调制固定频率，即改变固定能量，在应用中具有重要意义；获得的激光具有良好的相干性，和窄带宽；用光栅的方式对激光进行调制频率，不需要额外电源供能，对光路影响小，使用简便。

附图说明

图1光栅制备流程和工作示意图。

图2是N=7扶手椅型石墨烯纳米带阵列制备示意图。

图3是石墨烯纳米带阵列偏振拉曼的G峰强度极化图。

图4是x轴上衍射强度分布图。

具体实施方式

为了便于本领域技术人员的理解，一下结合具体实施案例对本发明作进一步的说明，实施方式提及的内容并非对本发明的限定。

一种利用石墨烯纳米带阵列光栅获取频率调制偏振激光的方法,包括以下步骤：

（1）以干净的Au(111) 单晶近邻台阶面为基底用自下而上法制备原子级精确石墨烯纳米带阵列；

（2）将制备的石墨烯纳米带阵列转移到透明薄衬底上，制成光栅；

(3) 通过偏振拉曼测量标定光栅的y轴和x轴。

（4）激光照射到光栅上，将拉曼散射光聚束后获得调制频率的偏振激光；

为了更好说明，将光栅平面内垂直于石墨烯纳米带阵列生长方向命名为x轴，将光栅平面内垂直于石墨烯纳米带阵列生长方向命名为y轴。

在Au表面采用自下而上法制备石墨烯纳米带，可以制备出原子级精确的石墨烯纳米带，其拉曼散射峰位固定，且有狭窄的半高峰宽。

超高真空环境中，选用DBBA为前驱体，在干净的Au (11 11 12)台阶面上外延生长N=7扶手椅型石墨烯纳米带阵列，得到的纳米带阵列如图2所示。

将石墨烯纳米带阵列转移到PMMA基底上，制成光栅。

通过偏振拉曼测量标定光栅的y轴和x轴，在不同角度下，用波长为532nm的偏振激光照射光栅，检测拉曼散射强度；不同角度偏振光的信号强度如图3所示，因此将拉曼强度最强的角度标定为y轴，与y轴垂直的为 x轴。

N=7扶手椅型石墨烯纳米带拉曼散射G峰位置在处，与入射激光波长无关，则对任意频率ν入射激光而言，经过光栅可以得到调制固定频率ν’=ν+ck/2

的激光，其中c为光速，k=1596 cm^-1。

N=7扶手椅型石墨烯纳米带的宽度为0.73 nm，在Au (11 11 12) 上生长的阵列中纳米带间距为1 nm左右。即石墨烯纳米带阵列制备的光栅a=0.73 nm，d=1 nm。x轴方向上衍射光栅的强度分布公式为：

其中D是衍射因子：

I是干涉因子：

N为参与的光栅个数，若入射激光光斑直径1 mm，从d=1 nm可以得出N=10^6，将这些数据代入强度分布公式中，得到强度分布曲线如图4所示；可以发现，x轴上所有的光强都集中分布在的角度上。

拉曼散射光在y轴方向上存在一定散射，只有激光光斑处会发生拉曼效应产生的散射光，可以视为点光源，点光源产生的散射很容易通过透镜进行聚束，聚束之后即获得了频率调制的偏振激光。

上面所述的实施例仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本实用的构思和保护范围进行限定，在不脱离本发明构思的前提下，本领域中普通工程技术人员对本发明的技术方案做出的各种变型和改进，均应在本发明的保护范围之内。