一种可饱和吸收体和被动锁模激光器的制作方法

本实用新型涉及激光器技术领域，特别涉及一种可饱和吸收体和被动锁模激光器。

背景技术：

在激光器领域，被动锁模激光器可以提供高的光束质量和能量，具有高稳定性，还具有极佳的灵活性、可设计性、系统兼容性等优点，因此，在国防、科研、工业等领域中应用广泛，具有极高的应用价值。

实现激光器被动锁模的方法主要包括使用可饱和吸收体，目前已有的可饱和吸收体的材料包括石墨烯、二硫化钼、黑磷为代表的二维材料，以及半导体可饱和吸收镜等。其中，石墨烯具有高载流子迁移率、宽波段响应、大比表面积等优点，但吸收效率比较低；二硫化钼的可调节带隙特性及在特定波长较好的吸收弥补了石墨烯的不足，但由于其较大的带隙和复杂的制备过程，限制了它的产量；黑磷适合在近红外波段工作，但对周围环境敏感，稳定性较差，无法长时间稳定工作，在潮湿等特殊环境下更是无法正常工作；半导体可饱和吸收镜工作波长范围较小，制作复杂且昂贵。为了增加这些二维材料与光的相互作用强度，人们使用了基于D-型光纤和拉锥光纤的二维材料可饱和吸收体，从而产生稳定的超短脉冲激光，但是这些结构都伴随着较大的插入损耗，不利于大能量、高功率超短脉冲的产生。

因此，亟需一种稳定性好、具备高非线性光学性能且制备方法简单的可饱和吸收体，以满足被动锁模激光器的使用需求。

技术实现要素：

有鉴于此，本实用新型提供了一种可饱和吸收体，其中碲烯材料层具有优异的光吸收效率和饱和吸收特性，使得可饱和吸收体对能带内的激光产生较强吸收，比常规的可饱和吸收体的光吸收率大一个数量级，且碲烯材料层性能稳定、柔性好，提高了可饱和吸收体稳定性和柔性，增加了可饱和吸收体的使用寿命。

第一方面，本实用新型提供了一种可饱和吸收体，包括基底以及设置在所述基底上的碲烯材料层。

可选的，所述碲烯材料层包括聚合物薄膜基体以及掺杂在所述聚合物薄膜基体中的碲烯。

可选的，所述碲烯包括碲烯纳米片，所述碲烯纳米片的横向尺寸为6μm-10μm，厚度为30nm-80nm。进一步的，所述碲烯纳米片的横向尺寸为6μm-8μm，厚度为30nm-50nm。

在本实用新型中，可以通过控制碲烯纳米片的尺寸来调节边缘效应和量子限域效应，进而得到不同能量带隙的碲烯材料，从而更好的与光发生共振增强，使得碲烯纳米片对能带内的激光产生强吸收，进一步增强光吸收率。

可选的，所述碲烯材料层中所述碲烯的质量含量为0.001％-2％。进一步的，所述碲烯材料层中所述碲烯的质量含量为0.005％-1％。

可选的，所述聚合物薄膜基体具有三维网状结构，所述碲烯均匀分散在所述三维网状结构中。

在本实用新型中，聚合物薄膜基体具有三维网状结构，碲烯均匀分散在三维网状结构中，使得碲烯材料层能够对能带内产生的激光进行均匀吸收，同时，聚合物的存在使得碲烯材料层的柔性增强，在后续应用过程中不容易破碎，易转移和多次利用，并且保护碲烯免受外界机械应力和环境因素的影响，从而提高碲烯材料层的使用率。

可选的，所述聚合物薄膜基体为聚乙烯吡咯烷酮基体、聚甲基丙烯酸甲酯基体或聚苯乙烯基体。

可选的，所述碲烯材料层的厚度为1μm-5μm。进一步的，所述碲烯材料层的厚度为2μm-3μm。

可选的，所述基底为光纤端面、反射镜或透明玻璃。

本实用新型第一方面提供了一种可饱和吸收体，其具有优异的光吸收效率、可饱和吸收特性和柔性，稳定性好，在使用过程中能够高效吸收激光并且在转移、更换过程中不易发生破碎，使用寿命长。

第二方面，本实用新型提供了一种被动锁模激光器，包括第一方面所述的可饱和吸收体。

可选的，所述可饱和吸收体中的所述碲烯材料层的能量带隙与所述被动锁模激光器的工作波长相同或相近。

其中，碲烯材料层的能量带隙是指碲烯材料层中碲烯的能量带隙。

进一步的，所述相近为所述碲烯的能量带隙与所述被动锁模激光器的工作波长的差别在±200nm以内。

可选的，所述被动锁模激光器为全光纤激光器或全固态激光器。

进一步的，所述全光纤激光器包括沿光传播方向依次设置的泵浦源、波分复用器、增益光纤、偏振无关隔离器、偏振控制器、所述可饱和吸收体和光纤耦合器。

进一步的，所述全固态激光器包括沿光传播方向依次设置的泵浦源、输入镜、聚焦透镜、增益介质、所述可饱和吸收体和输出镜。

本实用新型第二方面提供的被动锁模激光器能够产生高稳定、高能量的超短脉冲，显著提高非线性光学性能和稳定性。

本实用新型的有益效果：

本实用新型提供了一种可饱和吸收体，其中碲烯材料层具有优异的光吸收效率和饱和吸收特性，使可饱和吸收体对能带内的激光产生较强吸收，比常规的可饱和吸收体的光吸收率大一个数量级，且碲烯材料层性能稳定、柔性好，进一步提高了可饱和吸收体的稳定性和柔性，增加了可饱和吸收体的使用寿命，应用于被动锁模激光器时能够使激光器产生高稳定、高能量的超短脉冲，显著提高激光器的非线性光学性能和稳定性。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

图1为本实用新型一实施方式提供的可饱和吸收体的结构示意图；

图2为本实用新型一实施方式提供的全光纤激光器的结构示意图；

图3为本实用新型一实施方式提供的全光纤激光器中可饱和吸收体的分解结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型提供了一种可饱和吸收体，包括基底以及设置在所述基底上的碲烯材料层。

请参阅图1，为本实用新型一实施方式提供的可饱和吸收体的结构示意图，可饱和吸收体包括基底10以及设置在基底10上的碲烯材料层20。

本实用新型实施方式中，碲烯材料层的材质包括聚合物薄膜基体以及掺杂在所述聚合物薄膜基体中的碲烯。

本实用新型实施方式中，碲烯包括碲烯纳米片，碲烯纳米片的横向尺寸为6μm-10μm，厚度为30nm-80nm。进一步的，碲烯纳米片的横向尺寸为6μm-8μm，厚度为30nm-50nm。

在本实用新型中，可以通过控制碲烯纳米片的尺寸来调节边缘效应和量子限域效应，进而得到不同能量带隙的碲烯材料，从而更好的与光发生共振增强，使得碲烯纳米片对能带内的激光产生强吸收，进一步增强光吸收率。

本实用新型实施方式中，所述碲烯材料层中所述碲烯的质量含量为0.001％-2％。进一步的，所述碲烯材料层中所述碲烯的质量含量为0.005％-1％。

本实用新型实施方式中，所述聚合物薄膜基体具有三维网状结构，所述碲烯均匀分散在所述三维网状结构中。

在本实用新型中，聚合物薄膜基体具有三维网状结构，碲烯均匀分散在三维网状结构中，使得碲烯材料层能够对能带内产生的激光进行均匀吸收，同时，聚合物的存在使得碲烯材料层的柔性增强，在后续应用过程中不容易破碎，易转移和多次利用，并且保护碲烯免受外界机械应力和环境因素的影响，从而提高碲烯材料层的使用率。

本实用新型实施方式中，聚合物薄膜基体为聚乙烯吡咯烷酮基体、聚甲基丙烯酸甲酯基体或聚苯乙烯基体。

本实用新型实施方式中，碲烯材料层的厚度为1μm-5μm。进一步的，碲烯材料层的厚度为2μm-3μm。

本实用新型实施方式中，基底为光纤端面、反射镜或透明玻璃。

本实用新型实施方式中，基底可以根据可饱和吸收体的应用情况进行选择，应用于不同激光器时，可采用不同的基底。

本实用新型提供了一种可饱和吸收体，其具有优异的光吸收效率、可饱和吸收特性和柔性，稳定性好，在使用过程中能够高效吸收激光并且在转移、更换过程中不易发生破碎，使用寿命长。

本实用新型实施方式提供的可饱和吸收体的制备方法，包括：

提供聚合物和碲烯分散液，将聚合物和碲烯分散液混合均匀得到混合液；

将混合液滴至衬底上，经20℃-50℃真空干燥在衬底上成膜后，进行剥离得到碲烯材料层；

将碲烯材料层转移至基底表面，即可得到可饱和吸收体。

本实用新型实施方式中，碲烯分散液与聚合物混合，经超声分散得到混合液。

本实用新型实施方式中，碲烯材料层是由碲烯分散液与聚合物经过混合、均匀搅拌、溶液滴涂以及干燥形成的。

本实用新型实施方式中，碲烯分散液的溶质可以但不限于为碲烯纳米片。可选的，碲烯纳米片的横向尺寸为6μm-10μm，厚度为30nm-80nm。进一步的，碲烯纳米片的横向尺寸为6μm-8μm，厚度为30nm-50nm。

本实用新型实施方式中，碲烯分散液的溶剂为水、异丙醇、乙醇或N-甲基吡咯烷酮。

本实用新型实施方式中，碲烯分散液的浓度为0.2mg/mL-0.6mg/mL。进一步的，碲烯分散液的浓度为0.25mg/mL-0.5mg/mL。

本实用新型实施方式中，聚合物与碲烯分散液的固液比为1mg：(2.5mL-40mL)。进一步的，聚合物与碲烯分散液的固液比为1mg：(5mL-30mL)。

本实用新型实施方式中，聚合物为聚乙烯吡咯烷酮、聚甲基丙烯酸甲酯或聚苯乙烯。

本实用新型实施方式中，当混合液滴至衬底上后，当混合液成膜后即可进行剥离。可选的，真空干燥的时间为0.5h-3h。

本实用新型实施方式中，碲烯材料层的厚度为1μm-5μm。进一步的，碲烯材料层的厚度为2μm-3μm。

本实用新型实施方式中，衬底可以但不限于为聚四氟乙烯。

本实用新型实施方式中，剥离包括化学剥离、物理剥离或机械剥离。

本实用新型实施方式中，通过将碲烯材料层裁剪成与基底端面面积大小相等，然后转移到基底上。

本实用新型实施方式中，将碲烯材料层进行裁剪，将多个裁剪后的碲烯材料层置于基底端面上，并将基底端面完全覆盖。

本实用新型还提供了一种被动锁模激光器，包括上述的可饱和吸收体。

本实用新型实施方式中，可饱和吸收体中的碲烯的能量带隙与被动锁模激光器的工作波长相同或相近。进一步的，相近是指碲烯的能量带隙与被动锁模激光器的工作波长的差别在±200nm以内。

本实用新型实施方式中，被动锁模激光器为全光纤激光器或全固态激光器。

本实用新型一实施方式中，被动锁模激光器为全光纤激光器，全光纤激光器包括泵浦源、波分复用器、增益光纤、偏振无关隔离器、偏振控制器、本实用新型提供的可饱和吸收体和光纤耦合器。

本实用新型一优选实施方式中，光纤耦合器为耦合比为20:80的光纤耦合器。

图2是本实用新型一实施方式提供的全光纤激光器的结构示意图。从图2中可以看出，本实用新型一实施方式提供的全光纤激光器包括泵浦源201、波分复用器202、增益光纤203、偏振无关隔离器204、偏振控制器205、可饱和吸收体206、光纤耦合器207。其中，波分复用器202、增益光纤203、偏振无关隔离器204、偏振控制器205、可饱和吸收体206、光纤耦合器207依次用单模光纤连接成环形光纤谐振器腔结构。其中，泵浦源201与波分复用器202的泵浦端(反射端)连接，将泵浦光输入到光纤谐振器腔中，波分复用器202的公共端与增益光纤203的一端相连；增益光纤203的另一端与偏振无关隔离器204的输出端连接；偏振无关隔离器204的输入端与偏振控制器205的一段相连；偏振控制器205的另一端与可饱和吸收体206的一段相连；可饱和吸收体206的另一端与耦合比为20:80的光纤耦合器207的80％的输出端相连，光纤耦合器207的5％输出端输出信号光；光纤耦合器207的输入端与波分复用器202的信号端相连。在全光纤激光器中，可饱和吸收体发挥可饱和吸收作用，使全光纤激光器产生超快激光脉冲输出。

本实用新型实施方式中，泵浦源输出的泵浦光的中心波长为980nm。

本实用新型实施方式中，增益光纤203为掺镱光纤、掺铋光纤、掺铒光纤、掺铥光纤或ZBLAN光纤等，具体的说，当选择不同的增益光纤时，波分复用器、光纤耦合器、偏振无关隔离器、偏振控制器、可饱和吸收体的工作波长为相应增益光纤的工作波长。具体的，增益光纤203为掺铒光纤，掺铒光纤作为激光的增益介质，长度为0.5米，群速度色散为48ps²/km。

图3为本实用新型一实施方式提供的全光纤激光器中可饱和吸收体206的分解结构示意图；从图3中可以看出，可饱和吸收体206是由碲烯材料层与光纤连接器组成的，具体结构如图3所示，是由第一光纤连接头301、一个光纤适配器302、碲烯材料层303、和第二光纤连接头304组装而成，其中，碲烯材料层设置在光纤适配器302中并位于第一光纤连接头301和第二光纤连接头304之间，形成光纤连接头-碲烯材料层-光纤连接头的三明治结构，最终形成可饱和吸收体结构。

本实用新型另一实施方式中，被动锁模激光器为全固态激光器，全固态激光器包括泵浦源、输入镜、聚焦透镜、增益介质、本实用新型提供的可饱和吸收体和输出镜。

本实用新型实施方式中，泵浦源、波分复用器、偏振控制器、光纤耦合器、偏振无关隔离器为业界常规选择，本实用新型不做特殊限定。

本实用新型将高质量、高光学吸收率的碲烯材料层制备成可饱和吸收体，使激光器实现被动锁模运转，产生高能量、高稳定的超短脉冲。

实施例1

一种可饱和吸收体制备方法

提供含碲烯纳米片溶液和聚乙烯吡咯烷酮，将1mg聚乙烯吡咯烷酮粉末和10mL含碲烯纳米片的溶液混合，充分地均匀搅拌1h后，得到混合液；将混合液滴到聚四氟乙烯衬底上，真空条件下于40℃静置烘干2h后，在聚四氟乙烯衬底上形成碲烯材料层，将碲烯材料层与聚四氟乙烯衬底进行剥离，得到碲烯材料层。

将碲烯材料层进行裁剪，剪裁所得面积与光纤端面面积大小相近，且尽量小于光纤端面面积。将碲烯材料层放置于光纤端面上，通过光纤适配器将两个光纤连接头进行连接，完成可饱和吸收体的制备。

一种可饱和吸收体，可饱和吸收体包括一个光纤连接头、一个光纤适配器、碲烯材料层和另一个光纤连接头，其中，光纤连接头的光纤端面上贴合有碲烯材料层。

一种全光纤激光器，包括980nm泵浦源、波分复用器、增益光纤、偏振控制器、偏振无关隔离器、光纤耦合器和上述的可饱和吸收体。

本实施例中全光纤激光器的工作波长为1055nm。

效果实施例

对比例1：采用常规的黑磷二维材料作为可饱和吸收体，制得全光纤激光器。

将实施例1和对比例1制得的全光纤激光器分别通过测量输出脉冲的射频谱进行比较，可以发现，实施例1的全光纤激光器的基频信噪比对比例1的全光纤激光器基频的信噪比大4.6dB，说明实施例1的全光纤激光器更加稳定。

综上，本实用新型提供的可饱和吸收体制备简易、稳定性好、具备高非线性光学性能和柔性特质，制得的被动锁模激光器稳定性，其所构成的激光器环境稳定性较好，可以更好地满足市场的实际应用。

以上所述是本实用新型的优选实施方式，但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本实用新型的保护范围。