二维晶体的用途及其构成的饱和吸收体器件的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及非线性光学材料和器件，特别是涉及一种CaCuSi4O1。二维晶体的用途及其构成的饱和吸收体器件，可用于光纤激光器的锁模、调Q、激光光束整形等。
【背景技术】
[0002]脉冲激光器在激光制造加工业、科学研究等领域中正起着越来越重要的作用。随着调Q和锁模技术以及激光增益介质的不断发展，已可从许多不同波长的激光系统中获得脉冲输出。产生脉冲主要有主动和被动两种方式，主动调制需要在激光腔中外加调制器(声光/电光调制器)实现，既增加了系统成本，也降低了系统便携性；而被动调制无需任何外部器件，因而逐渐成为目前的主流选择和发展方向。目前大部分商用化脉冲激光器都是采用被动方式实现，其中最常用的两种被动调制方式是调Q和锁模技术，其关键是在腔内加入饱和吸收体，起到幅度自调制的作用，即当输入光强度越大，饱和吸收体的吸收越小，有利于抑制连续波实现脉冲输出。
[0003]目前常见的饱和吸收体包括染料、半导体饱和吸收镜以及最近新兴的碳纳米管和石墨烯等。染料饱和吸收体由于自身恢复时间在纳秒量级，只能产生纳秒量级的脉冲，并且其稳定性也是一较大劣势；半导体饱和吸收镜经过数十年的发展，技术相对成熟，输出稳定，但是其光损伤阈值低、应用波段窄、恢复时间长(约几纳秒)，结构复杂，制备条件要求高，并且只能在特定的线形拓扑腔中应用，大大限制了其进一步发展。单壁碳纳米管在近红外波段有优良的饱和吸收响应，但其本身是一种各向异性的材料，制备时生长方向、直径、长度、手征性等难以选择和控制，而单壁碳纳米管的光吸收特性与碳管直径、手征性等因素相关，因此将给锁模的精确控制带来难题；并且单壁碳纳米管容易缠结成束，带来较高的线性损耗。石墨烯等二维材料近年来作为饱和吸收体受到研究者的追捧，其基本思路是单原子厚的石墨烯膜分散在透明聚合物中或者直接转移到光纤头断面作为饱和吸收体。但是石墨烯饱和吸收体的特性依赖于单原子厚石墨烯独特的狄拉克能带结构，随着原子层数的增加，载流子迀移率急剧下降、能带结构和光吸收特性等性质变化较大，使多原子层石墨烯应用受到限制。目前，单原子层石墨烯的廉价、高效制备目前仍然是亟待解决的难题。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是提供了一种CaCuSi4O1。二维晶体的用途及其构成的饱和吸收体器件，该器件具有结构简单、成本低的特点，并且找到了一种全新的具有优异饱和吸收特性的材料体系，为开发新型饱和吸收体提供了更大的空间。
[0005]本发明的技术方案是:
[0006]—、一种CaCuSi4O1。二维晶体的用途:所述CaCuSi Λ。二维晶体用于制备饱和吸收体的用途。
[0007]二、一种基于CaCuSi4O1。二维晶体的饱和吸收体器件:包括封装在透明容器内作为饱和吸收体的二维晶体和承载该饱和吸收体的基体，所述作为饱和吸收体的二维晶体是CaCuSi4O1。二维层状晶体。
[0008]所述的基体为有机聚合物。
[0009]所述的有机聚合物为聚乙烯醇或聚甲基丙烯酸甲酯。
[0010]三、一种基于CaCuSi4O1。二维晶体的饱和吸收体器件的用途:所述饱和吸收体器件应用于脉冲激光器等领域。
[0011]本发明的有益效果是:
[0012](I)本发明中所用的CaCuSi4O1。二维晶体可大规模、廉价地使用酸溶液剥离的方法制备，相比与目前常用复杂的CVD方法制备石墨烯有效降低了成本。
[0013](2)本发明找到了一种全新的具有优异饱和吸收特性的材料体系，为开发新型饱和吸收体提供了更大的空间。
【附图说明】
[0014]图1为实施例1对应的基于CaCuSi4O1。二维晶体的饱和吸收体Z扫描曲线。
【具体实施方式】
[0015]下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
[0016]本发明基于CaCuSi4O1。二维晶体的饱和吸收体器件，包括封装在透明容器内作为饱和吸收体的二维晶体和承载该饱和吸收体的基体，饱和吸收体的二维晶体采用CaCuSi4O1。二维层状晶体，基体可采用有机聚合物。
[0017]优选地，本发明以下实施例的CaCuSi4O1。二维晶体均使用酸溶液剥离CaCuSi 4010三维晶体而制备得到，具体采用以下方式制备:
[0018]I)将CaCuSi4O1。晶体加入酸溶液中，水浴中超声处理，然后静置5?24小时；
[0019]2)取上层2/3清液，进行离心处理，再去离子水清洗2?3次，得到二维层状CaCuSi4O1。晶体。
[0020]上述酸溶液可采用盐酸、硝酸或硫酸溶液，采用盐酸的浓度为I?12摩尔/升，采用硝酸的浓度为3?14.4摩尔/升，采用硫酸的浓度为3?18摩尔/升。
[0021]本发明的具体实施例如下:
[0022]实施例1
[0023]本实施例说明如何制备承载在聚合物聚乙烯醇(PVA)中的CaCuSi4O1。二维晶体的饱和吸收体。
[0024](I)将0.15g的CaCuSi4O1。晶体加入3.5mol/L的20ml盐酸溶液中，超声处理，静置12小时，取上层清液2/3离心，去离子水清洗3次，得到二维层状CaCuSi4O1。单晶。最后分散在3ml去尚子水中。
[0025](2)将0.2g聚乙烯醇(PVA)粉末分散在4ml去离子水中，80°C搅拌2h，使粉末溶解。
[0026](3)将4ml PVA水溶液和3ml CaCuSi4O1。水溶液混合均匀，倒入表面光滑平整的表面皿中，并水平放于干燥箱中干燥两天得到平整干燥的PVA薄膜。
[0027](4)选择其中规整的部分即厚度均匀的部分，作为饱和吸收体器件使用。利用飞秒激光(130fs，800nm，I KHz)、通过开孔Z扫描技术研究其饱和吸收特性，其结果如图1，可观察到明显的饱和吸收特性。
[0028]实施例2
[0029]本实施例说明如何制备承载在聚合物聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)中的CaCuSi4010二维晶体的饱和吸收体。
[0030](I)将0.15g的CaCuSi4O1。晶体加入3.5mol/L的20ml盐酸溶液中，超声处理，静置12小时，取上层清液2/3离心，去离子水清洗3次，得到二维层状CaCuSi4O1。单晶。最后分散在3ml N-乙烯基吡咯烷酮(NVP)中。
[0031 ] (2)将0.2g PMMA粉末分散在4ml NVP中，搅拌2h，使粉末溶解，然后与(I)所得CaCuSi4O1。的NVP溶液混合。
[0032](3)以100rpm的转速将(2)所得溶液多次旋涂在厚度为0.2mm左右的玻璃片上，并将其水平置于干燥箱中于90°C下0.5MPa压力干燥24小时，使溶剂完全挥发，即得到平整干燥的PMMA薄膜。
[0033](4)选取其中厚度均匀的部分作为饱和吸收体器件使用。利用飞秒激光(130fs，800nm，IKHz)、通过开孔Z扫描技术研究其饱和吸收特性，同样可观察到明显的饱和吸收特性。
[0034]上述具体实施例用来解释说明本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明作出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。
【主权项】
1.一种CaCuSi Λ。二维晶体的用途，其特征是:所述CaCuSi Λ。二维晶体用于制备饱和吸收体的用途。2.—种基于CaCuSi W1。二维晶体的饱和吸收体器件，其特征是: 包括封装在透明容器内作为饱和吸收体的二维晶体和承载该饱和吸收体的基体，所述作为饱和吸收体的二维晶体是CaCuSi4O1。二维层状晶体。3.根据权利要求2所述的一种基于CaCuSiW1。二维晶体的饱和吸收体器件，其特征是:所述的基体为有机聚合物。4.根据权利要求3所述的一种基于CaCuSiW1。二维晶体的饱和吸收体器件，其特征是:所述的有机聚合物为聚乙烯醇或聚甲基丙烯酸甲酯。5.权利要求2所述的一种基于CaCuSiW1。二维晶体的饱和吸收体器件的用途，其特征是:所述饱和吸收体器件应用于脉冲激光器等领域。
【专利摘要】本发明公开了一种CaCuSi4O10二维晶体的用途及其构成的饱和吸收体器件。包括封装在透明容器内作为饱和吸收体的二维晶体和承载该饱和吸收体的基体，饱和吸收体是CaCuSi4O10二维层状晶体。本发明发现了新的具有优异饱和吸收特性的材料体系，为开发新型饱和吸收体提供了更大的空间，其器件具有廉价、适合大规模制备、体积小、可组成多种类型的锁模器件的优点，可应用于脉冲光纤激光器等领域。
【IPC分类】H01S3/098, H01S3/11
【公开号】CN105071215
【申请号】CN201510535460
【发明人】郭强兵, 刘小峰, 邱建荣
【申请人】浙江大学
【公开日】2015年11月18日
【申请日】2015年8月27日