CN109787079A - 可饱和吸收体及其制备方法和在超快脉冲激光器中的应用 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种可饱和吸收体的制备方法，通过将包括二维层状材料MXenes的喷墨打印浆料通过用喷墨打印的方式在基底上打印得到宽带可饱和吸收体。MXenes的稳定性高、非线性吸收高、线性光学损耗少，可通过喷墨打印得到可饱和吸收强度低的宽带可饱和吸收体。本发明还提供了该可饱和吸收体的应用。当该可饱和吸收体应用于超快被动锁模脉冲激光器时，可以根据激光器的结构类型便捷选择不同尺寸的MXenes，从而使其与超快锁模脉冲激光器的工作波长一致。

Description

可饱和吸收体及其制备方法和在超快脉冲激光器中的应用

技术领域

本发明涉及超快脉冲激光领域，具体涉及一种用于可饱和吸收体的喷墨打印浆料、可饱和吸收体及其制备方法和在超快脉冲激光器中的应用。

背景技术

激光作为20世纪最重要的科学发明之一，它的出现极大地推动了科学技术的发展。其中，超快脉冲激光可以提供更高的光场强度和峰值功率，超短并可调的脉冲宽度，以及超高并可调的重复频率，因而具有更广阔的应用空间，已在国防、医疗、通讯和工业加工等各个领域占据了重要席位。

实现超短脉冲的主要方法之一为被动锁模技术，具有更简单的光路系统，对环境扰动不太敏感，并且无需外加信号的驱动便可自发产生超短脉冲激光输出，因而更受人们的青睐。被动锁模技术是关键在于在激光腔内引入可饱和吸收体。目前常用的可饱和吸收体材料包括半导体可饱和吸收镜(SESAM)、石墨烯等。但SESAM的响应波长较短、封装要求高，而石墨烯虽然具有宽波段响应，但其吸收效率低、线性光学损耗高。此外，将这些材料制成饱和吸收体的工艺复杂，且难以制得复杂结构的饱和吸收体。

因此，有必要提供一种宽波段响应、光学损耗少、稳定性好的可饱和吸收体材料，并将其通过简单工艺制成用于各种超快脉冲激光器中的可饱和吸收体。

发明内容

鉴于此，本发明提供了一种可饱和吸收体的制备，通过将包括二维层状材料MXenes的喷墨打印浆料在基底上进行简单、快速的打印，得到零维至三维结构的可饱和吸收体，MXenes的稳定性高，光吸收率较常规的SESAM、石墨烯等高，可较好地用于各种超快脉冲激光器，产生优异性能的激光。

本发明第一方面提供了一种可饱和吸收体的制备方法，包括以下步骤：

将二维层状材料和溶剂混合，超声分散后，得到用于可饱和吸收体的喷墨打印浆料，其中，所述二维层状材料为二维过渡金属碳化物、氮化物或碳氮化物(MXenes)，所述二维层状材料MXenes在所述喷墨打印浆料中的质量浓度为0.1-10mg/mL。

设置喷墨打印参数，将所述喷墨打印浆料在基底上进行喷墨打印，干燥后得到可饱和吸收体。

其中，所述二维层状材料MXenes的化学式为M_n+1X_nT_x，其中，M为过渡金属元素，X为碳元素和/或氮元素，n为1-3的整数，T_x表示表面基团，T可选自O^2-、OH^-、F^-和NH₄ ⁺中的至少一种。

进一步地，所述二维层状材料MXenes为Ti₃C₂T_x、Ti₂CT_x、(Ti_0.5，Nb_0.5)₂CT_x、(V_0.5，Cr_0.5)₃C₂T_x、Ta₄C₃T_x、V₂CT_x、Nb₂CT_x、Nb₄C₃T_x、(Nb_0.8，Ti_0.2)₄C₃T_x、(Nb_0.8，Zr_0.2)₄C₃T_x、Ti₃CNT_x、Mo₂TiC₂T_x、Mo₂Ti₂C₃T_x和Cr₂TiC₂T_x中的一种或多种。

本发明中，所述二维层状材料MXenes可以按照常规方法制备。例如，湿化学刻蚀(酸刻蚀)、高温刻蚀或气相刻蚀等。具体可以直接对其层状前驱体MAX(化学式为M_n+1AX_n)中的A元素(如Al元素)进行酸刻蚀、高温刻蚀或气相刻蚀得到。

本发明中，所述二维层状材料MXenes的厚度为纳米级。优选地，所述二维层状材料MXenes的厚度为5-15nm，进一步优选为5-10nm。此时，可把所述二维层状材料称为“二维材料纳米片”。纳米级厚度的二维层状材料MXenes在保持优异的非线性光学响应的同时，可以减少线性光学散射损耗，降低光热损耗，提高最终可饱和吸收体器件的阈值。此外，还可以提高喷墨打印图案的均匀度，提高可饱和吸收体制备的可重复性。

可选地，所述二维层状材料MXenes的原子层数为1-10层。例如为2、3、4、5、6、7、8或9。进一步优选为2-8层。

其中，所述二维层状材料MXenes的横向尺寸为20-200nm。可选地，所述横向尺寸在50-100nm。所述横向尺寸是指二维层状材料MXenes的长度或宽度。

由于所述二维层状材料MXenes的厚度、横向尺寸均在纳米级，因此具备丰富的量子限域效应和边缘效应，对其能带内的激光产生较强的吸收。

可选地，所述二维层状材料MXenes的可饱和吸收波长范围为400nm-10μm。这可通过调控其尺寸大小来实现。

其中，所述溶剂包括水、乙醇、异丙醇、丙酮、N-甲基-2-吡咯烷酮中的至少一种，但不限于此。

其中，所述喷墨打印浆料的粘度为1-10Pa·s。该粘度的喷墨打印浆料较适合通过喷墨方式打印成型。

其中，所述喷墨打印浆料还包括稳定剂。所述稳定剂包括松油醇、甘油、蛋白质和高分子聚合物中的一种或多种；其中，所述高分子聚合物为聚乙烯醇(PVA)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)和聚苯乙烯(PS)中的至少一种。所述稳定剂即可进一步增加MXenes在所述喷墨打印浆料中的分散性、稳定性，避免打印过程中墨点拖尾而形成所需形状的可饱和吸收体，还可增强MXenes在打印在基底上的粘附性。

可选地，所述稳定剂在所述喷墨打印浆料中的质量浓度为0.001-1mg/mL。进一步地，所述稳定剂的质量与所述二维层状材料MXenes的质量比为(0.01-0.1)：1。

可选地，所述超声分散中的超声频率为50-70Hz。超声分散可以将二维层状材料MXenes的尺寸调控到所需范围，以便在各种基底上稳定打印成型。此外，超声分散还可除去所述喷墨打印浆料中的气泡，免去除泡剂的使用，使所述喷墨打印浆料的配方简单，节省物料、环保安全。

可选地，所述干燥可以在真空条件下于70-100℃进行。

其中，所述喷墨打印参数包括所选择的基底、打印速度、打印点的间距及走向、MXenes的打印层数、所得可保护吸收体上打印成MXenes的堆积图案等，但不限于此。

可选地，所述可保护吸收体上MXenes的堆积图案，可以根据基底的形状而调整，包括但不限于是点状、线状、面状中的一种或多种组成的图案。进一步可选地，所述图案的最小空间分辨率在20-100微米。

可选地，在所述喷墨打印的过程中，所述基底的温度保持在40-90℃，喷墨打印机的喷嘴的电压在10-30mV，所述喷墨打印浆料的喷射频率为1-50kHz。这样有助于喷墨形成墨滴均匀、规则的图案。

可选地，所述基底包括光纤侧面、光纤端面、反射镜、玻璃、柔性透明衬底、硅基衬底或陶瓷。所述基底的选择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。

其中，所述光纤可以为激光领域常用的单模光纤、微纳光纤(可由普通的单模光纤(SMF-28E)拉锥制得)等。对于通常的圆柱形光纤来说，其光纤端面可以指与激光器的其他部件进行连接的圆形端面；其光纤侧面可以指将其曲面侧面进行抛光后所得的表面。

其中，所述柔性透明衬底的材质包括聚酰亚胺(PI)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚碳酸酯(PC)、聚醚砜(PES)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)或玻璃纤维增强塑料(FRP)等柔性透明聚合物。所述硅基衬底的材质包括硅、二氧化硅中的一种或多种。

其中，所述反射镜的表面带有金、银等反射涂层。所述反射镜为平面镜或曲面镜；其通常位于所述可饱和吸收体所应用到的激光器的激光谐振腔的两端。

本发明第一方面提供了可饱和吸收体的制备方法，其通过将包括二维层状材料MXenes的喷墨打印浆料在基底上打印成型，其中，MXenes在所述喷墨打印浆料中能稳定保存，所述喷墨打印浆料的配方简单、成分安全、粘合，适合通过喷墨打印的方式打印成型；而MXenes的响应波段宽，线性光学损耗少，非线性吸收高，其非线性吸收系数比SESAM、石墨烯等约高3个量级，可饱和吸收强度低，该材料还具有多样性和可调性，可在各种基底上打印得到结构精细可控的可饱和吸收体，以用于各种超快脉冲激光器。该制备方法简单易操作，所得可饱和吸收体的稳定性较好，具有较小的可饱和吸收强度、较强的可饱和吸收，可以长时间用于被动锁模。

本发明第二方面提供了一种可饱和吸收体，所述可饱和吸收体包括基底以及设置在所述基底上的二维层状材料MXenes。

其中，所述二维层状材料MXenes的厚度为5-15nm；横向尺寸为20-200nm。

本发明第二方面提供的可饱和吸收体，其稳定性较好，具有较小的可饱和吸收强度、较强的可饱和吸收，可使带所述可饱和吸收体的激光器实现被动锁模运转，从而产生高能量、高稳定的超短脉冲，可以显著提高非线性光学性能，并提高激光器的稳定性。

本发明第三方面提供了一种超快脉冲激光器，包括第三方面所述的可饱和吸收体。

其中，所述超快脉冲激光器的工作波长在所述可饱和吸收体中的二维层状材料MXenes的可饱和吸收波长范围内。

可选地，所述可饱和吸收体中的二维层状材料MXenes的能量带隙与所述超快脉冲激光器的工作波长一致。本发明中，所述“一致”是MXenes的能量带隙对应的波长与超快脉冲激光器的工作波长相同或相近。

其中，所述超快脉冲激光器为全光纤激光器，全固态激光器，或者光纤与自由空间光路耦合的激光器。

可选地，所述超快脉冲激光器的激光谐振腔中，激光与所述二维层状材料MXenes的相互作用方式包括端面镜反射式、透过式、侧面倏逝场式。

进一步地，当将所述MXenes打印在所述光纤侧面时，激光与所述二维层状材料MXenes的相互作用方式为倏逝场式。利用激光器中产生的激光的倏逝场与可饱和吸收体的相互作用，从而获得脉冲的激光输出。具体作用过程为：泵浦光(或者其他泵浦源)使激光谐振腔产生激光，激光与可饱和吸收体的相互作用使产生的连续激光变成脉冲的激光。

进一步地，当将所述MXenes打印在所述反射镜(优选为所述激光谐振腔的端部的反射镜)上时，激光与所述二维层状材料MXenes的相互作用方式为端面镜反射式。此时，所述反射镜为端面平面镜或者端面曲面镜。

进一步地，当将所述MXenes打印在玻璃、柔性透明衬底等光学透明基底上，时，激光与所述二维层状材料MXenes的相互作用方式为透过式。此时，形成的透过式可饱和吸收体置于激光谐振腔内，对激光进行脉冲调制。

其中，当将所述MXenes打印在所述光纤端面时，激光与所述二维层状材料MXenes的相互作用方式也为透过式。

本发明一实施方式中，所述超快脉冲激光器为全光纤激光器，包括泵浦源、波分复用器、增益光纤、偏振控制器、偏振无关隔离器、光纤耦合器和本发明第三方面提供的可饱和吸收体。其中，所述增益光纤、偏振控制器、偏振无关隔离器、光纤耦合器、可饱和吸收体构成所述全光纤激光器的激光谐振腔，其具体连接方式不做限制。

本发明另一实施方式中，所述超快脉冲激光器为全固态激光器，包括泵浦源、准直镜、聚焦透镜、增益介质、本发明第三方面提供的可饱和吸收体和输出镜。

本发明第三方面提供的超快脉冲激光器，包含了上述高质量的可饱和吸收体，使得该激光器可以实现长时间的被动锁模运转，产生高能量、高稳定以及高信噪比的超短脉冲。

本发明的优点将会在下面的说明书中部分阐明，一部分根据说明书是显而易见的，或者可以通过本发明实施例的实施而获知。

附图说明

图1中(a)为本发明实施例1中提供的经过HF刻蚀后的二维层状材料MXenes的扫描电镜图，(b)本发明实施例1中制得的喷墨打印浆料中MXenes的厚度表征。

图2为本发明实施例2提供的将喷墨打印浆料打印在透明玻璃衬底上形成的可饱和吸收体的两种示意图，比例尺均为100μm。

图3中(Ⅰ)为MXenes打印在侧面抛光光纤上的可饱和吸收体；(Ⅱ)为(Ⅰ)中的截面放大图；(Ⅲ)未打印有MXenes的侧面抛光光纤的示意图。

图4为本发明实施例3、4提供的全光纤激光器的结构示意图。

图5为本发明实施例5提供的全固态激光器的结构示意图。

图6为本发明实施例6提供的激光器的结构示意图。

图7分别为实施例3-6的四个脉冲激光器的运行波长(a)、输出功率和斜效率(b)、频率图谱(c)和脉宽图谱(d)。

图8中(a)为实施例3中1.06微米连续锁模激光脉冲序列；(b)为实施例4中1.55微米连续锁模激光脉冲序列；(c)为实施例5中1.06微米调Q激光脉冲序列；(d)为实施例5中1.06微米调Q激光的输出频率、脉宽和脉冲能量；(e)为实施例6中2.8微米调Q激光脉冲序列；(f)为实施例6中2.8微米调Q激光的输出频率、脉宽和脉冲能量。

具体实施方式

以下所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

实施例1制备用于可饱和吸收体的喷墨打印浆料

(1)采用HF刻蚀的湿化学方法制备MXenes，其具体步骤如下：先将三元层状氮化物Ti₃AlC₂粉末(200目)研磨半小时，并配制成0.05g/mL的水溶液；再将该水溶液与HF水溶液(HF的质量分数为40％)以1:15的体积比进行混合，将所得混合液在48℃下磁控搅拌14小时，得到含二维层状材料MXenes(具体为Ti₃C₂T_x二维纳米片)的反应液，将该反应液进行离心，收集固形物，并将其水洗、干燥，得到纯化的MXenes纳米片。

(2)取上述MXenes纳米片，向其中加入异丙醇，并于功率为360W超声震荡48小时，以使MXenes的尺寸达到所需尺寸。然后，在3000转/分钟的转速下离心35分钟，收集上清液(以选出尺寸较小的MXenes)，并经浓缩，得到浓度为2mg/mL的喷墨打印浆料，其肉眼呈分散均匀的黑色，粘度为2.4Pa·s。

图1中(a)为经过HF刻蚀之后的二维层状材料MXenes(即上述步骤(1)中纯化后的MXenes)的扫描电镜图，(b)制得的喷墨打印浆料中MXenes的厚度表征。从图1可以获知，MXenes呈二维片状，显示出明显的多层状结构，厚度约为200nm-20μm，其横向尺寸(长度、宽度)在500nm-50μm不等。本实施例1的喷墨打印浆料中所用MXenes的厚度约为5nm，其横向尺寸约为20～50nm；其对应的可饱和吸收波长范围为400nm-10μm。

实施例2在玻璃上制备可饱和吸收体

取实施例1制得的喷墨打印浆料，根据设置的喷墨打印参数，将其喷射打印在透明玻璃上，待干燥后，分别形成墨迹呈点阵列(图2中左图)、线阵列(图2中右图)的两种可饱和吸收体。从图2中可以看出，所述喷墨打印浆料均可被打印成墨滴均匀、规则的可饱和吸收体图案，无拖尾现象，这说明所提供的喷墨打印浆料的粘度合适。

其中，对于图2中左图来说，其打印参数具体为：打印时基底的温度保持在50℃，喷墨打印机的喷嘴电压控制在18mV，浆料的喷射频率为23kHz，喷墨液滴的点与点的间距为100微米。

对于图2中右图来说，其打印参数具体为：打印时基底的温度保持在60℃，喷墨打印机的喷嘴电压控制在23mV，浆料的喷射频率为23kHz，喷墨打印线条中的点与点间距为35毫米，点与点相互重叠形成线条，线条与线条之间间距为100微米。

实施例3打印有MXenes的可饱和吸收体在全光纤激光器中的应用

(1)在光纤侧面制备可饱和吸收体：

取直径为125μm的单模光纤，将其侧面抛光成长为10mm、宽为100μm的一表面(如图3所示)，得到侧面抛光的光纤。然后取实施例1制得的喷墨打印浆料，将其喷射打印在侧面抛光的光纤上，干燥后形成呈平面状的可饱和吸收体，其打印参数具体为：打印时光纤的温度保持在60℃，喷墨打印机的喷嘴电压控制在24mV，浆料的喷射频率为23kHz，打印的面积为12mm×3mm，喷墨打印层数为12层，MXenes的打印厚度为125μm。

(2)构建全光纤激光器

基于步骤(1)中打印的可饱和吸收体，构建一个掺Yb的全光纤激光器，其结构如图4所示。该全光纤激光器包括泵浦源101、波分复用器102、增益光纤103、光纤耦合器104、可饱和吸收体105、偏振控制器106和偏振无关隔离器107。其中，波分复用器102、增益光纤103、光纤耦合器104、可饱和吸收体105、偏振控制器106和偏振无关隔离器107依次用单模光纤连接成环形光纤谐振腔结构。这里，增益光纤103具体为掺Yb的增益光纤。

具体地，本实施例中，泵浦源101为激光二极管，用于产生中心波长为980nm的泵浦光；泵浦源101与波分复用器102的泵浦端(反射端)，波分复用器102用于将泵浦光耦合到谐振腔中；波分复用器102的公共端与增益光纤103的一端相连，增益光纤103具体为掺杂Yb的石英光纤，芯径尺寸为8μm，包层尺寸为125μm，用于产生1.06μm的激光增益；光纤耦合器104用于耦合出锁模激光，其耦合比为90：10，其90％端连接可饱和吸收体105，其10％端输出1.06μm的脉冲激光；可饱和吸收体105用于产生可饱和吸收，使全光纤激光器产生超快脉冲激光；偏振控制器106用于调控谐振腔的偏振状态；波分复用器102的信号端连接偏振无关隔离器107，偏振无关隔离器107用于定向传输激光。

需要说明的是，除可饱和吸收体105外的各组件为激光领域的常规选择，本发明对此不做特殊限定。当选择不同的增益光纤103时，波分复用器102、光纤耦合器104、可饱和吸收体105、偏振控制器106和偏振无关隔离器107等的工作波长为相应增益光纤的工作波长。

通过光与打印在光纤侧面上的MXenes的倏逝场作用，本实施例3的全光纤激光器获得了稳定的连续锁模激光输出(如图8中(a)所示)。其他性能包括波长(1034.5nm)、输出功率(14.1mW)与斜效率(3.8％)、频谱(16.07MHz)以及脉宽(215ps)，分别展示在图7中的四个小图中。

实施例4打印有MXenes的可饱和吸收体在全固态激光器中的应用

与实施例3类似，本实施例4在侧面抛光光纤上打印形成带MXenes的可饱和吸收体，并构建了一个掺Er的全光纤激光器，其示意图也如图4所示，只是此时的增益光纤103具体为掺杂Er的石英光纤，芯径尺寸为8μm，包层尺寸为125μm，用于产生1.55μm的激光增益。本实施例的喷墨打印浆料依然为浓度为2mg/mL的MXenes的异丙醇分散液，只是所用MXenes的厚度约为10nm，其横向尺寸约为100nm×200nm；其对应的可饱和吸收波长范围为500nm-10μm。喷墨打印的参数具体为：打印时光纤的温度保持在70℃，喷墨打印机的喷嘴电压控制在25mV，浆料的喷射频率为20kHz，打印的面积为12mm×3mm，MXenes的喷墨打印层数为15层。

通过优化激光谐振腔的参数(如泵浦功率、偏振态等)，本实施例4的全光纤激光器获得了稳定的连续锁模激光输出(如图8中(b)所示)，其他性能包括波长(1543.5nm)、输出功率(9.2mW)与斜效率(2.4％)、频谱(11.76MHz)以及脉宽(114ps)，分别展示在图7中的四个小图中。

实施例5打印有MXenes的可饱和吸收体在全光纤激光器中的应用

(1)在反射式平面金镜上制备可饱和吸收体

配制喷墨打印浆料：所述喷墨打印浆料包括MXenes、异丙醇，以及稳定剂-聚乙烯醇(PVA)；其中，MXenes的浓度为2mg/mL，PVA的浓度为0.1mg/mL，所述喷墨打印浆料的粘度为4.1Pa·s；所用MXenes的参数同实施例1。

选用平面金镜作为基底，将上述喷墨打印浆料在平面金镜打印成型，干燥后得到可饱和吸收体，其中MXenes在平面金镜上堆积成俯视图呈正方形的层状结构。其中，喷墨打印时的参数具体为：打印时基底的温度保持在80℃，喷墨打印机的喷嘴电压控制在27mV，浆料的喷射频率为18kHz，打印的面积为12mm×12mm，MXenes的喷墨打印层数为20层。

(2)构建掺Nd的全固态激光器，其结构如图5所示，包括可饱和吸收体201、聚焦透镜202、准直镜203、增益介质204、泵浦源205、耦合输出镜206，它们构成了该全固态激光器的激光谐振腔。其中，耦合输出镜206、可饱和吸收体201位于激光谐振腔的一端。其中，准直镜203、聚焦透镜202均为凹面镜，分别用于准直和聚焦激光光束；增益介质204为激光增益介质Nd:YAG晶体，用于产生1.06μm的激光增益；泵浦源205是由一系列环绕增益介质Nd:YAG晶体的二极管激光源提供，产生中心波长为980nm的泵浦光；可饱和吸收体201如上述步骤(1)制得，用于产生脉冲激光；耦合输出镜206用于输出产生的脉冲激光。

通过使用打印有MXenes的可饱和吸收体金镜，本实施例5的全固态激光器获得了稳定的调Q脉冲激光输出，如图8(c)和(d)所示。该全固态激光器获得的最大脉冲能量为5.4微焦耳(如图8中(d)所示)。该脉冲激光的波长为1065.3nm、输出功率为129.8mW、斜效率为10.1％、频谱为24.5kHz以及脉宽为2.1μs，分别展示在图7中的四个小图中。

实施例6打印有MXenes的可饱和吸收体在全光纤激光器中的应用

(1)在反射金镜上制备可饱和吸收体

配制喷墨打印浆料：所述喷墨打印浆料包括MXenes、异丙醇，以及稳定剂-聚乙烯醇(PVA)；其中，MXenes的浓度为2mg/mL，PVA的浓度为0.05mg/mL，所述喷墨打印浆料的粘度为2.6Pa·s；所用MXenes的厚度约为8nm，其横向尺寸约为60nm×150nm，其对应的可饱和吸收波长为400nm-10μm。

选用平面金镜作为基底，将上述喷墨打印浆料在平面金镜打印成型，干燥后得到可饱和吸收体，其中MXenes在平面金镜上堆积成俯视图呈正形的层状结构。其中，喷墨打印时的参数具体为：打印时基底的温度保持在70℃，喷墨打印机的喷嘴电压控制在25mV，浆料的喷射频率为20kHz，打印的面积为10mm×10mm，MXenes的喷墨打印层数为20层。

(2)构建一个光纤与自由空间光路耦合的激光器，其运行波长在中红外区(实施例3-5的激光器的运行波段在近红外区)。该激光器的结构如图6所示，包括泵浦源301、泵浦光准直镜302、泵浦光聚焦透镜303、第一双色镜304、增益介质305、激光准直镜306、第二双色镜307、激光聚焦透镜308、可饱和吸收体309。其中，增益介质305的左侧断面至可饱和吸收体309构成该激光器的激光谐振腔。

这里，泵浦源301具体为激光二极管泵浦源，用于提供中心波长为976nm的泵浦光；泵浦光准直镜302、泵浦光聚焦透镜303均为凸面透镜，分别用于将泵浦光准直、聚焦后进入到增益介质305；增益介质305在这里为掺Er的中红外ZBLAN光纤增益介质，受到泵浦光的激励，产生2.8μm的中红外的激光增益；可饱和吸收体309如上述步骤(1)制得，用于产生脉冲激光。第一双色镜M1、第二双色镜M2对产生的激光是全反射，而对泵浦光全透过；激光准直镜306、激光聚焦透镜308也均为凸面透镜，分别用于将激光准直、聚焦后进入到可饱和吸收体309上。

本实施例6的激光器获得了稳定的调Q脉冲激光输出，如图8中(e)和(f)所示。该激光器获得的最大脉冲能量为2.1微焦耳(如图8中(f)所示)。该脉冲激光的波长为2785.1nm、输出功率为181.2mW、斜效率为21.1％、频谱为88.3kHz以及脉宽为1.1μs，分别展示在图7中的四个小图中。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种可饱和吸收体的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

将二维层状材料和溶剂混合，超声分散后，得到用于可饱和吸收体的喷墨打印浆料，其中，所述二维层状材料为二维过渡金属碳化物、氮化物或碳氮化物，所述二维层状材料在所述喷墨打印浆料中的质量浓度为0.1-10mg/mL；

设置喷墨打印参数，将所述喷墨打印浆料在基底上进行喷墨打印，干燥后，得到可饱和吸收体。

2.如权利要求1所述的可饱和吸收体的制备方法，其特征在于，所述喷墨打印浆料的粘度为1-10Pa·s。

3.如权利要求1所述的可饱和吸收体的制备方法，其特征在于，所述喷墨打印浆料中还含有稳定剂；所述稳定剂的质量与所述二维层状材料的质量比为(0.01-0.1)：1。

4.如权利要求3所述的可饱和吸收体的制备方法，其特征在于，所述稳定剂包括松油醇、甘油、蛋白质和高分子聚合物中的一种或多种；其中，所述高分子聚合物为聚乙烯醇、聚甲基丙烯酸甲酯和聚苯乙烯中的至少一种。

5.如权利要求1所述的可饱和吸收体的制备方法，其特征在于，所述二维层状材料的厚度为5-15nm，横向尺寸为20-200nm。

6.如权利要求4所述的可饱和吸收体的制备方法，其特征在于，在所述喷墨打印的过程中，所述基底的温度保持在40-90℃，喷墨打印机的喷嘴电压在10-30mV，所述喷墨打印浆料的喷射频率为1-50kHz。

7.一种可饱和吸收体，其特征在于，所述可饱和吸收体包括基底以及设置在所述基底上的二维层状材料，所述二维层状材料为二维过渡金属碳化物、氮化物或碳氮化物，所述二维层状材料的厚度为5-15nm，横向尺寸为20-200nm。

8.如权利要求7所述的可饱和吸收体，其特征在于，所述基底包括光纤侧面、光纤端面、反射镜、玻璃、柔性透明衬底、硅基衬底或陶瓷。

9.一种超快脉冲激光器，其特征在于，包括如权利要求7-8任一项所述的可饱和吸收体。

10.如权利要求9所述的超快脉冲激光器，其特征在于，所述超快脉冲激光器为全光纤激光器，全固态激光器，或者光纤与自由空间光路耦合的激光器。