一种氧化硫化铋可饱和吸收体器件及其制备方法和铒掺杂锁模光纤激光装置

本发明属于被动锁模超快光纤激光器，更具体地，涉及一种氧化硫化铋可饱和吸收体器件及其制备方法和铒掺杂锁模光纤激光装置。

背景技术：

1、超快光纤激光器由于其结构简单紧凑、散热性好、光束质量高等优势在光通信、生物医学、材料制备、精细加工、太赫兹波产生等方面得到广泛研究与应用。目前，被动锁模光纤激光器的主流技术为非线性偏振旋转锁模、非线性光环形镜锁模、mamyshev锁模、非线性多模涉锁模、半导体可饱和吸收镜锁模和新型材料类饱和吸收体锁模等锁模技术。其中，材料类被动锁模技术是获得超快光纤激光最简单有效的方式。新型二维材料由于其宽光谱吸收特性可控光电响应、易集成、成本低等优势逐渐成为材料类被动锁模光纤激光器理想的可饱和吸收体。

2、在脉冲光纤激光器中，利用可饱和吸收体实现调q者锁模脉冲输出是最常用也是最简单的技术手段。可饱和吸收体对光的吸收具有饱和作用具体表现为对光的吸收能力随着光强的增加而减小，这是一种具有光学非线性特性的材料。科研人员为了得到高性能的脉冲激光，研究了多种可饱和吸收体来实现调q和锁模脉冲激光。目前，可饱和吸收体主要分为人工可饱和吸收体和真实可饱和吸收体两大类。人工可饱和吸收体是一种利用激光腔内光的偏振或干涉等比较复杂的物理机制来实现可饱和吸收的效果。人工可饱和吸收体虽然易于实现全光纤化，但是对激光器的参数设定要求十分严格。另一种可饱和吸收体就是目前被广泛研究并应用的真实可饱和吸收体。目前，半导体可饱和吸收镜(sesams)作为一种典型的真实可饱和吸收体被广泛于锁模激光器中。sesam的参数能够人工调控，因此人们能够根据实际需求制作特定的sesam以达到所需效果是sesam的制备艺复杂且成本高，严重限制其应用领域，因此，寻找性能更优秀，且成本更低的真实可饱和吸收体材料是目前的迫切需求。

3、在诸多真实可饱和吸收体中，二维材料由于其独特的二维层状结构和优秀的光电特性而被广泛研究，是目前国际光电领域的研究热点和十分重要的前沿领域。二维材料具有较高的光学非线性，具备产生超短脉冲和光学调制等非线性光学现象的基础，同时其恢复时间快、易制备、成本低、易功能化等优点也决定了二维材料不仅可以应用于光学领域，同时也具备跨学科研究的潜力。虽然近些年来，二维材料的研究成果层出不穷，但是目前仍处于发展上升阶段，对已有的二维材料进行更加深入的研究具有十分重要的科研意义，同时也迫切需要寻找性能更为优秀的新型二维材料。对二维材料的研究和需求不仅对锁模光纤激光器领域具有重大的推动作用，同时对整个非线性光学领域也有重要的指导意义和研究价值。

技术实现思路

1、为了解决上述现有技术存在的不足和缺点，本发明的首要目的在于提供一种氧化硫化铋(bi2o2s)可饱和吸收体器件。

2、本发明的另一目的在于提供上述的氧化硫化铋可饱和吸收体器件的制备方法。

3、本发明的再一目的在于提供基于上述氧化硫化铋可饱和吸收体器件在锁模光纤激光装置中的应用。

4、本发明的目的通过下述技术方案来实现：

5、一种氧化硫化铋可饱和吸收体器件，所述氧化硫化铋可饱和吸收体器件是将氧化硫化铋纳米片分散液滴在光纤的锥区上，在光纤的一端注入1.5μm连续波激光，使氧化硫化铋纳米片附着在光纤的锥区表面，在溶液完全干燥后制得。

6、优选地，所述氧化硫化铋纳米片的平均尺寸为(50～500)nm×(50～500)nm，氧化硫化铋纳米的厚度为1～10nm。

7、所述的氧化硫化铋可饱和吸收体器件的制备方法，包括如下具体步骤：

8、s1.将去离子水、五水合硝酸铋和硫脲混合搅拌，再加入氢氧化钠粉末，搅拌后形成混合物；

9、s2.将混合物在200～210℃反应釜内经过结晶过程随炉冷却，得到氧化硫化铋粉末；

10、s3.将氧化硫化铋粉末加入乙醇溶液中超声剥离，得到氧化硫化铋分散液，再将该分散液离心，所得上清液为氧化硫化铋纳米片分散液；

11、s4.将氧化硫化铋纳米片分散液直接滴在光纤的锥区上，在光纤的一端注入1.5μm连续波激光，使氧化硫化铋纳米片附着在光纤的锥区表面，在溶液完全干燥后，制得氧化硫化铋可饱和吸收体器件。

12、优选地，步骤s1中所述去离子水的体积、五水合硝酸铋的质量、硫脲的质量和氢氧化钠粉末的质量比为(10～20)ml:(1.94～3.88)g:(0.23～0.46)g:(12～24)g。

13、优选地，步骤s3中所述超声的功率为300～400w，所述超声的时间为24～72h，所述离心的速率为2000～5000rpm，所述离心的时间为3～10min。

14、一种铒掺杂锁模光纤激光装置，所述铒掺杂锁模光纤激光装置包括依次连接的泵浦源、波分复用器、铒掺杂增益光纤、偏振无关隔离器、输出耦合器、第一单模光纤、所述的氧化硫化铋可饱和吸收体器件、第二单模光纤和偏振控制器。

15、进一步地，所述波分复用器包括第一输入端和第二输入端，所述光纤耦合器包括90％输出端和10％输出端；所述泵浦源、波分复用器的第一输入端、铒掺杂增益光纤、偏振无关隔离器、光纤耦合器的90％输出端、氧化硫化铋可饱和吸收体器件和偏振控制器依次相连，形成环形谐振腔。

16、优选地，所述铒掺杂增益光纤的长度为1～1.5m，所述泵浦源的波长为975～980nm，所述波分复用器的中心波长为1550～1600nm。

17、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

18、1.本发明的氧化硫化铋(bi2o2s)的可饱和吸收体器件具有良好的稳定性，容易实现锁模，产生超短脉冲激光。该可饱和吸收体器件的超短脉冲序列强度高且均匀，性能稳定且属于飞秒量级，在光纤激光装置中具有很好的应用潜力。

19、2.本发明采用水热法和液相剥离法制备了较薄的氧化硫化铋分散液，并通过微纳光纤法将氧化硫化铋作为可饱和吸收体直接应用在光纤激光装置中。该光纤激光装置的质量稳定，工艺简单，可大规模生产，有利于商业化。

技术特征：

1.一种氧化硫化铋可饱和吸收体器件，其特征在于，所述氧化硫化铋可饱和吸收体器件是将氧化硫化铋纳米片分散液滴在光纤的锥区上，在光纤的一端注入1.5μm连续波激光，使氧化硫化铋纳米片附着在光纤的锥区表面，在溶液完全干燥后制得。

2.根据权利要求1所述的氧化硫化铋可饱和吸收体器件，其特征在于，所述氧化硫化铋纳米片的平均尺寸为(50～500)nm×(50～500)nm，氧化硫化铋纳米的厚度为1～10nm。

3.根据权利要求1或2所述的氧化硫化铋可饱和吸收体器件的制备方法，其特征在于，包括如下具体步骤：

4.根据权利要求3所述的氧化硫化铋可饱和吸收体器件的制备方法，其特征在于，步骤s1中所述去离子水的体积、五水合硝酸铋的质量、硫脲的质量和氢氧化钠粉末的质量比为(10～20)ml:(1.94～3.88)g:(0.23～0.46)g:(12～24)g。

5.根据权利要求3所述的氧化硫化铋可饱和吸收体器件的制备方法，其特征在于，步骤s3中所述超声的功率为300～400w，所述超声的时间为24～72h，所述离心的速率为2000～5000rpm，所述离心的时间为3～10min。

6.一种铒掺杂锁模光纤激光装置，其特征在于，所述铒掺杂锁模光纤激光装置包括依次连接的泵浦源、波分复用器、铒掺杂增益光纤、偏振无关隔离器、输出耦合器、第一单模光纤、权利要求1或2所述的氧化硫化铋可饱和吸收体器件、第二单模光纤和偏振控制器。

7.根据权利要求6所述的铒掺杂锁模光纤激光装置，其特征在于，所述波分复用器包括第一输入端和第二输入端，所述光纤耦合器包括90％输出端和10％输出端；所述泵浦源、波分复用器的第一输入端、铒掺杂增益光纤、偏振无关隔离器、光纤耦合器的90％输出端、氧化硫化铋可饱和吸收体器件和偏振控制器依次相连，形成环形谐振腔。

8.根据权利要求7所述的铒掺杂锁模光纤激光装置，其特征在于，所述铒掺杂增益光纤的长度为1～1.5m，所述泵浦源的波长为975～980nm，所述波分复用器的中心波长为1550～1600nm。

技术总结
本发明属于被动锁模超快光纤激光器技术领域，公开了一种氧化硫化铋可饱和吸收体器件及其制备方法和铒掺杂锁模光纤激光装置。所述氧化硫化铋可饱和吸收体器件是将氧化硫化铋纳米片分散液滴在光纤的锥区上，在光纤的一端注入1.5μm连续波激光，使氧化硫化铋纳米片附着在光纤的锥区表面，在溶液完全干燥后制得。本发明的氧化硫化铋可饱和吸收体器件具有超短脉冲序列强度高且均匀且性能稳定，将其应用在铒掺杂锁模光纤激光中，可产生飞秒级超短脉冲激光。本发明氧化硫化铋可饱和吸收体器件的制备方法简单，可实现工业化生产。

技术研发人员：陶丽丽,黄杰,谢钊儒,陈静娴,招瑜
受保护的技术使用者：广东工业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15