CN106904607A - 一种基于氧化石墨烯的饱和吸收体及其制备方法与应用 - Google Patents

一种基于氧化石墨烯的饱和吸收体及其制备方法与应用 Download PDF

Info

Publication number
CN106904607A
CN106904607A CN201710193997.0A CN201710193997A CN106904607A CN 106904607 A CN106904607 A CN 106904607A CN 201710193997 A CN201710193997 A CN 201710193997A CN 106904607 A CN106904607 A CN 106904607A
Authority
CN
China
Prior art keywords
graphene oxide
saturable absorber
temperature
drop coating
preparation
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201710193997.0A
Other languages
English (en)
Inventor
张超智
陈斌
柏源
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nanjing University of Information Science and Technology
Original Assignee
Nanjing University of Information Science and Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nanjing University of Information Science and Technology filed Critical Nanjing University of Information Science and Technology
Priority to CN201710193997.0A priority Critical patent/CN106904607A/zh
Publication of CN106904607A publication Critical patent/CN106904607A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/10—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating
    • H01S3/11—Mode locking; Q-switching; Other giant-pulse techniques, e.g. cavity dumping
    • H01S3/1106—Mode locking
    • H01S3/1112—Passive mode locking
    • H01S3/1115—Passive mode locking using intracavity saturable absorbers

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Lasers (AREA)
  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)

Abstract

本发明公开了一种基于氧化石墨烯的可饱和吸收体及其制备方法与应用。该可饱和吸收体包括滴涂介质和氧化石墨烯薄膜；氧化石墨烯薄膜涂覆在滴涂介质表面，厚度为1‑20nm；滴涂介质采用石英玻璃、K9玻璃、K7玻璃、或氟化钙玻璃。本发明基于氧化石墨烯制备得到的可饱和吸收体具有极快的可饱和吸收特性及极快的恢复时间。

Description

一种基于氧化石墨烯的饱和吸收体及其制备方法与应用
技术领域
本发明涉及一种基于氧化石墨烯的饱和吸收体及其制备方法与应用。
背景技术
可饱和吸收体多用于锁模激光器上。最初可饱和吸收体采用有机染料。但有机染料自身存在很多缺陷：如搬运和存贮都复杂、具有易燃、易爆、有毒的特点、热稳定性差、见光易分解、等等；而且其输出的调制波形也极不稳定。20世纪80年代到90年代，各种掺 Cr4+的晶体，如 Cr4+:YAG 以及半导体可饱和吸收镜（SESAM）作为可饱和吸收体得到了发展，并被应用于激光器中实现被动调 Q 和被动锁模。掺 Cr4+晶体光学性能优良，输出波形稳定，但是他的缺点是工作波长范围窄。而SESAM在其生长过程中，需要通过控制生长环境、生长厚度等条件来精准的控制损耗、饱和通量等参数，以达到对不同激光腔的优化。通过SESAM调制的激光器输出波形较好且基本保持不变，但是 SESAM 也存在一些缺点，如工作波长范围较窄；制作工艺严格且制备设备昂贵；调制深度与恢复时间很难调整。近年来，碳纳米管材料引起了研究人员的强烈兴趣，这种材料具有宽带可饱和吸收、极快的恢复时间、高损坏阈值、插入损耗小、易于集成等优点，符合研究人员对新一代可饱和吸收体的期望。碳纳米管具有从紫外到近红外带宽的光吸收特性，其带隙随着管径和长度而改变。理论上我们可以通过控制碳纳米管的参数来改变其工作波长，但目前的生产工艺很难达到要求，需要对碳纳米管作进一步筛选。
石墨烯是碳原子以sp2杂化形成的独特蜂窝巢状的二维新型材料，单层石墨烯的厚度只有0.334 nm，其比表面积高达2600 m2/g，室温下电子迁移率约为15000 cm2·V-1·s-1，力学强度高达1060 GPa，单层吸光率只有2.3 %。拥有优异的力学、光学、电学性质。但石墨烯因为不亲水，需要添加聚乙烯醇(PVA)或其他材料制成的混合溶液进行可饱和吸收体的制备，制备工艺较为复杂。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺陷，提供一种制备工艺简单，且具有极快的可饱和吸收特性及极快的恢复时间的新型可饱和吸收体。
为了达到上述目的，本发明提供了一种基于氧化石墨烯的可饱和吸收体，包括滴涂介质和氧化石墨烯薄膜；氧化石墨烯薄膜涂覆在所述滴涂介质表面，厚度为1-20nm；滴涂介质采用石英玻璃、K9玻璃、K7玻璃、或氟化钙玻璃。优选滴涂介质采用石英玻璃，氧化石墨烯薄膜的优选厚度为1-5nm。
本发明还提供了上述可饱和吸收体的制备方法，包括以下步骤：
（1）取氧化石墨烯加入水或有机溶剂中，进行超声分散，制备得到氧化石墨烯分散液；所述氧化石墨烯分散液的浓度为0.2-2mg/mL；
（2）将氧化石墨烯分散液滴涂至石英玻璃表面，烘干，即得所述可饱和吸收体。
其中，步骤（2）中的滴涂量为：0.01-0.3mL /cm2。
步骤（1）中氧化石墨烯分散液的浓度优选为1 mg/mL，滴涂量优选为0.05 mL/cm2。
步骤（1）中氧化石墨烯采用以下方法制备：在冰水浴条件下，将98 %的浓硫酸和85%的浓磷酸混合预冷却，将鳞片石墨倒入到冷却好的混酸中，机械搅拌使得鳞片石墨充分分散同时进行30min-1h的预氧化，优选预氧化时间为30min；然后在1~3 h内（优选2h）缓慢均匀的加入高锰酸盐进行低温氧化反应，反应温度为0~10℃；所述高锰酸盐加完后，去除冰浴让体系自然缓慢升温反应1~2h后，用水浴锅对反应体系进行升温至45~55℃（优选50℃），进行中温氧化反应15~20 h（优选20 h）；中温氧化反应结束后，用冰水浴对体系进行降温处理，当温度降至室温后，滴加去离子水进行水解（水解过程中温度不高于55℃）；将水解后的反应体系用冰的去离子水继续稀释1~3倍体积，然后边搅拌边滴加30 %的双氧水，至不再产生气泡即可；最后用5%稀盐酸和去离子水依次离心、洗涤，真空干燥即得产物；所述鳞片石墨、浓硫酸和浓磷酸用量比例为1 g：45~90 ml：5~10 ml，优选1 g：60 ml：7 ml；所述浓硫酸与浓磷酸体积比为8~10：1；所述鳞片石墨与高锰酸盐的质量比为1：6~10，优选1:8；所述水解时滴加的去离子水与鳞片石墨的比例为80~100 ml：1 g，优选100 ml：1g。
步骤（2）中烘干温度为50-80 ℃，烘干时间为30-60 min。
本发明还提供了上述可饱和吸收体在制备锁模激光器上的应用。
本发明相比现有技术具有以下优点：本发明基于氧化石墨烯制备得到的可饱和吸收体具有极快的可饱和吸收特性及极快的恢复时间。由于含氧官能团的存在，氧化石墨烯还具有很强的亲水性，可以直接制备其水溶液；因此氧化石墨烯良好的亲水性使其在制备锁模器件时更具灵活性。本发明可饱和吸收体不仅采用的原料氧化石墨烯价格低廉，而且制备工艺相较于石墨烯更为简单，更有益于实现锁模激光器的产业化。
附图说明
图1为本发明制备得到的氧化石墨烯可饱和吸收体的实物图；
图2为本发明制备得到的氧化石墨烯可饱和吸收体的红外谱图；
图3为本发明进行氧化石墨烯可饱和吸收体性能测试的装置结构示意图；
图4为本发明制备得到的氧化石墨烯可饱和吸收体的光学透过率与激光功率的关系曲线图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例1
氧化石墨烯制备：
冰水浴条件下将粒度为40 um鳞片石墨1g倒入到冷却好的98%的浓硫酸60ml和85%的浓磷酸7ml混酸中，机械搅拌30 min后，缓慢均匀的加入高锰酸盐8g，高锰酸盐在2 h内缓慢加完，整个过程温度控制在0~10℃。当高锰酸盐加完后，去除冰浴让体系自然缓慢升温反应1h后，用水浴锅对反应体系进行升温，最终温度升至50 ℃，进行中温恒温搅拌反应20 h。反应结束后，用冰水浴对体系进行降温处理后滴加去离子水100ml进行水解，该过程温度不高于50℃即可，将水解后的反应体系倒入烧杯中，用冰的去离子水继续稀释至溶液总体积至400ml，然后边搅拌边滴加适量的30 %的双氧水（约3-5ml），至不再产生气泡即可。最后用5%稀盐酸和去离子水离心洗涤，于70 ℃真空干燥1~2天即得产物。
制备得到的氧化石墨烯氧化充分，呈疏松的层状结构，层间距达到了1.5 nm。
氧化石墨烯可饱和吸收体的制备：
（1）取10 mg氧化石墨烯粉末加入到10 mL去离子水中；
（2）将上述溶液进行超声处理2-6个小时。超声后得到的氧化石墨烯分散液静置数月不会发生沉淀。
（3）将取得的还原氧化石墨烯分散液以0.05 mL/cm2滴涂在石英玻璃表面，在烘箱中用60 ℃干燥1小时，表面所成薄膜的厚度为5nm。
制备得到的可饱和吸收体如图1所示，氧化石墨烯分散液均匀的分散在溶剂里有利于材料的涂膜。如图2所示，从可饱和吸收体的红外谱图中可以看出，材料含有多种含氧官能团，有利于激光材料方面的应用。对制备得到的氧化石墨烯可饱和吸收体进行光学吸收特性性能测试，测量装置如图3所示。808nm LD泵浦光经耦合聚焦系统进入谐振腔（其内充满激光增益介质Nd:YVO4），其尺寸为3×3×6mm（Height×Width×Length）。激光器采用线性平凹腔结构，谐振腔左侧采用镀有808nm高透、1064nm高反介质膜、曲率半径为200mm的平凹镜M1，右侧利用1064nm 5%输出的平面镜作为输出镜M2。1064nm连续波输出激光经50:50的分束镜后一束经GO（Graphene Oxide）待测样品（即本发明制备得到的可饱和吸收体）进入LP2，另一束直接进入LP1，功率计LP1、LP2同时测量两端的激光功率，以消除激光器输出功率波动的影响。LP1、LP2测量的功率值分别记为P1和P2，则样品的吸收率为。通过调节LD泵浦光功率，实验分别测量了GO样品在1064nm激光不同入射功率下的吸收率，测试结果如图 4所示。由图可见，随着激光功率的增加GO样品的吸收率初始阶段呈下降趋势，当激光功率增加至300mW左右时样品的吸收趋于稳定，也即被漂白了。可作为锁模器件用于锁模激光器的制备。
实施例2
采用的原料氧化石墨烯5 mg，采用的溶剂及制备过程同实施例1，滴涂量为0.05mL/cm2，所得薄膜厚度为3nm。对制备得到的GO样品（可饱和吸收体）进行光学吸收特性测试：随着激光功率的增加，GO样品的吸收率初始阶段呈下降趋势，当激光功率增加至2.7mW左右时样品的吸收趋于稳定。
实施例3
采用的原料氧化石墨烯2 mg，采用的溶剂为甲醇10 mL，制备过程同实施例1，滴涂量为0.15mL/cm2，所得薄膜厚度为2nm。对制备得到的GO样品（可饱和吸收体）进行光学吸收特性测试：随着激光功率的增加，GO样品的吸收率初始阶段呈下降趋势，当激光功率增加至2.5mW左右时样品的吸收趋于稳定。
实施例4
采用的原料氧化石墨烯15 mg，采用的溶剂为DMF10 mL，制备过程同实施例1，滴涂量为0.05mL/cm2，所得薄膜厚度为8nm。对制备得到的GO样品（可饱和吸收体）进行光学吸收特性测试：随着激光功率的增加，GO样品的吸收率初始阶段呈下降趋势，当激光功率增加至3.4mW左右时样品的吸收趋于稳定。
实施例5
采用的原料氧化石墨20mg，采用的溶剂为异丙醇10 mL，制备过程同实施例1，滴涂量为0.05mL/cm2，所得薄膜厚度为10nm。对制备得到的GO样品（可饱和吸收体）进行光学吸收特性测试：随着激光功率的增加，GO样品的吸收率初始阶段呈下降趋势，当激光功率增加至3.0mW左右时样品的吸收趋于稳定。

Claims (9)

1.一种基于氧化石墨烯的可饱和吸收体，其特征在于：所述可饱和吸收体包括滴涂介质和氧化石墨烯薄膜；所述氧化石墨烯薄膜涂覆在所述滴涂介质表面，厚度为1-20nm；所述滴涂介质采用石英玻璃、K9玻璃、K7玻璃、或氟化钙玻璃。
2.根据权利要求1所述的可饱和吸收体，其特征在于：所述氧化石墨烯薄膜的厚度为1-5nm；所述滴涂介质采用石英玻璃。
3.权利要求1所述可饱和吸收体的制备方法，其特征在于：所述可饱和吸收体通过以下步骤制备：
（1）取氧化石墨烯加入水或有机溶剂中，进行超声分散，制备得到氧化石墨烯分散液；所述氧化石墨烯分散液的浓度为0.2-2mg/mL；
（2）将氧化石墨烯分散液滴涂至石英玻璃表面，烘干，即得所述可饱和吸收体。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：所述步骤（2）中的滴涂量为：0.01-0.3mL /cm2。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：所述步骤（1）中氧化石墨烯分散液的浓度为1 mg/mL；步骤（2）中的滴涂量为0.05 mL/cm2。
6.根据权利要求3至5任一所述的制备方法，其特征在于：步骤（1）中氧化石墨烯采用以下方法制备：在冰水浴条件下，将98 %的浓硫酸和85 %的浓磷酸混合预冷却，将鳞片石墨倒入到冷却好的混酸中，机械搅拌使得鳞片石墨充分分散同时进行30min-1h的预氧化；然后在1~3 h内缓慢均匀的加入高锰酸盐进行低温氧化反应，反应温度为0~10℃；所述高锰酸盐加完后，去除冰浴让体系自然缓慢升温反应1~2h后，用水浴锅对反应体系进行升温至45~55℃，进行中温氧化反应15~20 h；中温氧化反应结束后，用冰水浴对体系进行降温处理，当温度降至室温后，滴加去离子水进行水解；将水解后的反应体系用冰的去离子水继续稀释1~3倍体积，然后边搅拌边滴加30 %的双氧水，至不再产生气泡即可；最后用5%稀盐酸和去离子水依次离心、洗涤，真空干燥即得产物；所述鳞片石墨、浓硫酸和浓磷酸用量比例为1 g：45~90 ml：5~10 ml；所述浓硫酸与浓磷酸体积比为8~10：1；所述鳞片石墨与高锰酸盐的质量比为1：6~10；所述水解时滴加的去离子水与鳞片石墨的比例为80~100 ml：1 g。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于：所述鳞片石墨、浓硫酸、浓磷酸用量比例为1 g：60 ml：7 ml；所述鳞片石墨与高锰酸盐的质量比为1:8；所述水解时滴加的去离子水与鳞片石墨的比例为100 ml：1g；所述预氧化时间为30min；所述高锰酸钾在2h内缓慢均匀的加入完成；所述中温氧化反应温度为50℃，中温氧化反应时间为20 h；所述水解过程中温度不高于55℃。
8.根据权利要求3至5任一所述的制备方法，其特征在于：所述烘干温度为50-80 ℃，烘干时间为30-60 min。
9.权利要求1或2所述可饱和吸收体在制备锁模激光器上的应用。
CN201710193997.0A 2017-03-28 2017-03-28 一种基于氧化石墨烯的饱和吸收体及其制备方法与应用 Pending CN106904607A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710193997.0A CN106904607A (zh) 2017-03-28 2017-03-28 一种基于氧化石墨烯的饱和吸收体及其制备方法与应用

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710193997.0A CN106904607A (zh) 2017-03-28 2017-03-28 一种基于氧化石墨烯的饱和吸收体及其制备方法与应用

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN106904607A true CN106904607A (zh) 2017-06-30

Family

ID=59195886

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201710193997.0A Pending CN106904607A (zh) 2017-03-28 2017-03-28 一种基于氧化石墨烯的饱和吸收体及其制备方法与应用

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN106904607A (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108110602A (zh) * 2017-12-05 2018-06-01 天水师范学院 一种全固态Tm:LuScO3调Q锁模陶瓷激光器
CN113915390A (zh) * 2021-09-22 2022-01-11 南京信息工程大学 一种基于膜结构的自动排水阀

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101712210A (zh) * 2009-11-19 2010-05-26 田国平 一种秸秆压块燃料啮合式模压成型方法及装置
CN102439802A (zh) * 2009-04-13 2012-05-02 新加坡国立大学 基于石墨烯的可饱和吸收体器件和方法
CN104860302A (zh) * 2015-04-28 2015-08-26 南京信息工程大学 一种宽层间距、易剥离氧化石墨的制备方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102439802A (zh) * 2009-04-13 2012-05-02 新加坡国立大学 基于石墨烯的可饱和吸收体器件和方法
CN101712210A (zh) * 2009-11-19 2010-05-26 田国平 一种秸秆压块燃料啮合式模压成型方法及装置
CN104860302A (zh) * 2015-04-28 2015-08-26 南京信息工程大学 一种宽层间距、易剥离氧化石墨的制备方法

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108110602A (zh) * 2017-12-05 2018-06-01 天水师范学院 一种全固态Tm:LuScO3调Q锁模陶瓷激光器
CN113915390A (zh) * 2021-09-22 2022-01-11 南京信息工程大学 一种基于膜结构的自动排水阀
CN113915390B (zh) * 2021-09-22 2023-09-12 南京信息工程大学 一种基于膜结构的自动排水阀

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Wang et al. Graphene oxide absorbers for watt-level high-power passive mode-locked Nd: GdVO 4 laser operating at 1 μm
Zhang et al. Low‐dimensional saturable absorbers in the visible spectral region
Sobon et al. Linearly polarized, Q-switched Er-doped fiber laser based on reduced graphene oxide saturable absorber
Long et al. Ultrafast laser pulses generation by using 2D layered PtS 2 as a saturable absorber
Song et al. Mode-locked ytterbium-doped all-fiber lasers based on few-layer black phosphorus saturable absorbers
Liu et al. High repetition rate all-solid-state pulsed 2 μm laser based on selenide molybdenum saturable absorber
Ge et al. Beta-lead oxide quantum dot (β-PbO QD)/polystyrene (PS) composite films and their applications in ultrafast photonics
Zhao et al. Integration and applications of nanomaterials for ultrafast photonics
JP2012080066A (ja) 酸化膜を製造する方法
CN112110429B (zh) 一种黑磷纳米片的制备方法及其应用
CN106904607A (zh) 一种基于氧化石墨烯的饱和吸收体及其制备方法与应用
CN102794947A (zh) 一种dast-碳纳米管复合薄膜及其制备方法
Gui et al. Self-assembled graphene membrane as an ultrafast mode-locker in an erbium fiber laser
Muhammad et al. Pure gold saturable absorber for generating Q-switching pulses at 2 µm in thulium-doped fiber laser cavity
Yang et al. Broadband few-layer niobium carbide MXene as saturable absorber for solid-state lasers
Yusoff et al. Low threshold Q-switched fiber laser incorporating titanium dioxide saturable absorber from waste material
Niu et al. Doubly Q-switched Tm: YAP laser with g-C3N4 saturable absorber and AOM
Wang et al. Mxene Ti3C2Tx Langmuir–Blodgett films as saturable absorber for near-infrared Q-switched laser
Liu et al. Mode-locked all-fiber laser with high stability based on cobalt oxyfluoride
Lau et al. Mono-elemental saturable absorber in near-infrared mode-locked fiber laser: A review
Wen et al. Dual-wavelength controllable Q-switched Nd: GSAG laser with molybdenum disulfide saturable absorber
Wang et al. Titanium dioxide Langmuir–Blodgett film saturable absorber for passively Q-switched Nd: GdVO 4 laser
Shi et al. Passively Q-switched Tm: YAP laser based on SnS2 saturable absorber
CN109167245B (zh) 可饱和吸收体制备方法及反射式、透射式可饱和吸收体
Sun et al. Passively Q-switched ytterbium-doped fiber laser based on a SWCNT@ AFI saturable absorber

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20170630