CN110589787A - 一种镍磷硫二维材料及其合成与应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种镍磷硫二维材料及其合成与应用，包括如下步骤：步骤101，将镍粉、红磷、硫粉以质量比例(0.5～1.5):(0.5～1.5):(2.5～3.5)进行配料，将配料以及运输剂依次装入石英管；步骤102，将装有配料及运输剂的石英管内部抽气降压并进行真空封管处理；步骤103，将经过真空封管处理后的石英管放置在加热炉的加热区，对加热炉升温使得配料能在石英管内发生化学气相沉积反应，从而得到镍磷硫晶体；步骤104，将所得到的镍磷硫晶体表面的运输剂去除后对其进行真空干燥处理；步骤105，采用直接液相剥离法对真空干燥后的镍磷硫晶体进行剥离，得到镍磷硫二维材料。该镍磷硫二维材料在超快激光产生中的应用，可广泛应用于工业加工、生物医疗、通信传感等领域。

Description

一种镍磷硫二维材料及其合成与应用

技术领域

本发明涉及激光器技术领域，具体是一种镍磷硫二维材料及其合成与应用。

背景技术

自从脉冲激光器出现以来，由于它在工业材料加工，生物医学传感，光探测，高速通信等领域飞速增长的需求，超快激光产生得到了人们的广泛关注。为了获得便于加工、结构理想、可调谐的能带，以及优异的非线性光学性能，人们已经合成了各种新型二维材料并用于超快激光产生中。自从2010年，鲍桥梁等人将石墨烯作为可饱和吸收体在1.5μm区域首次实现超快激光的产生，到如今，过渡金属二硫化物(TMDCs)，六方氮化硼(h-BN)，黑磷(BP)，拓扑绝缘体(TI)等也实际证明了二维材料作为可饱和吸收体用于超快激光产生是有远大前景的。然而，找到具有高稳定性和优异工作性能的高效二维材料可饱和吸收体仍然是一个巨大的挑战。

二维材料的可饱和吸收特性在超快激光产生中是一个十分重要的因素。由于石墨烯具有零带隙的特性，导致了其具有很弱的光学吸收特性和调制深度。而黒磷和硫化铟的稳定性较差，在作为可饱和吸收体时会影响激光器的工作性能。作为一种新发展的二维三元层状半导体材料，由于其特殊的结构特性和化学性质，镍磷硫展现出了独特的电子、光学甚至磁性特性。但在过去的研究中，很少对其光学特性进行研究。

发明内容

针对现有技术中存在的不足，本发明提供一种镍磷硫二维材料及其合成与应用，利用化学气相沉积法和液相剥离法得到镍磷硫二维材料，从而进一步得到出基于镍磷硫的可饱和吸收体用于超快激光的产生，不仅为二维材料可饱和吸收体的选择提供了新的思路，也扩展了镍磷硫的应用范围。

为实现上述目的，本发明提供一种镍磷硫二维材料的合成方法，包括如下步骤：

步骤101，将镍粉、红磷、硫粉以质量比例(0.5～1.5):(0.5～1.5):(2.5～3.5)进行配料，将配料以及运输剂依次装入石英管；

步骤102，将装有配料及运输剂的石英管内部抽气降压并进行真空封管处理；

步骤103，将经过真空封管处理后的石英管放置在加热炉的加热区，对加热炉升温使得配料能在石英管内发生化学气相沉积反应，从而得到镍磷硫晶体；

步骤104，将所得到的镍磷硫晶体表面的运输剂去除后对其进行真空干燥处理；

步骤105，采用直接液相剥离法对真空干燥后的镍磷硫晶体进行剥离，得到镍磷硫二维材料。

进一步优选的，步骤101中，镍粉、红磷、硫粉以及运输剂的总质量在2g以下。

进一步优选的，步骤102中，在对石英管真空封管的过程中，将石英管的底端浸入冰水中降温，以防止运输剂挥发。

进一步优选的，步骤103中，所述加热炉为双温区管式炉，所述步骤103具体包括：

步骤201，将封好的石英管水平放置在双温区管式炉中，其中，石英管的一端装有配料并位于双温区管式炉的高温区，石英管的另一端中空并位于双温区管式炉的低温区；

步骤202，加热双温区管式炉，并保持炉温12～14天后将双温区管式炉冷却至室温；

步骤203，冷却完成后在石英管内位于双温区管式炉低温区的一端得到镍磷硫晶体。

进一步优选的，步骤202中，所述加热双温区管式炉具体为：

以1℃/min的速率将双温区管式炉的高温区加热至650～750℃；

以1℃/min的速率将双温区管式炉的低温区加热至550～650℃。

在双温区管式炉的加热与保温过程中，双温区管式炉的高温区与低温区之间的温差在100℃以下。

为实现上述目的，本发明还提供一种镍磷硫二维材料，为镍磷硫纳米片，厚度为3-100nm，大小为2-30μm。

为实现上述目的，本发明还提供一种上述的镍磷硫二维材料的应用，应用在超快激光产生中，具体为：

将含有所述镍磷硫二维材料的溶液滴加在光波导表面，干燥后即得到基于镍磷硫的可饱和吸收体，得到基于镍磷硫的可饱和吸收体；

将基于镍磷硫的可饱和吸收体集成到脉冲激光器中作为调制器件对脉冲激光器中产生的连续光进行调制，从而产生脉冲激光输出。

为实现上述目的，本发明还提供一种用于产生超快激光的全光纤脉冲激光器，包括：

泵浦源，用于产生泵浦光；

波分复用器，包括第一输入端、第二输入端与输出端，波分复用器的第一输入端位于泵浦光的光路上，用于接收泵浦光；

增益光纤，包括输入端与输出端，增益光纤的输入端与波分复用器的输出端相连，用于对泵浦光进行增益，产生激光；

偏振无关隔离器，包括输入端与输出端，偏振无关隔离器的输入端与增益光纤的输出端相连，用于使激光保持单向传输；

偏振控制器，包括输入端与输出端，偏振控制器的输入端与偏振无关隔离器的输出端相连，用于改变激光的偏振态；

第一光纤耦合器，包括输入端、第一输出端与第二输出端，第一光纤耦合器的输入端与偏振控制器的输出端相连，用于将激光耦合成两束；

上述基于镍磷硫的可饱和吸收体，具有输入端与输出端，基于镍磷硫的可饱和吸收体的输入端与第一光纤耦合器的第一输出端相连，用于激发超快脉冲；基于镍磷硫的可饱和吸收体的输出端与波分复用器的第二输入端相连，用于形成激光环形腔；

第二光纤耦合器，包括输入端、第一输出端与第二输出端，第二光纤耦合器的输入端与第一光纤耦合器的第二输出端相连，用于将第一光纤耦合器输出的激光耦合以用于测量激光的时域、频域特性和功率。

进一步优选的，所述偏振无关隔离器与偏振控制器之间还设有单模光纤。

为实现上述目的，本发明还提供一种用于产生超快激光的全固态脉冲激光器，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、上述基于镍磷硫的可饱和吸收体和输出镜。

综上所述，本发明有益效果包括以下几个方面：

1、本发明提供的所述基于镍磷硫的可饱和吸收体，由于所述镍磷硫二维材料的二维片状结构稳定且具有光学非线性特性、化学性质稳定，得到可饱和吸收体的稳定性较好，可以长时间用于超快激光的产生；

2、本发明第二方面提供的镍磷硫二维材料的合成方法中，通过气相沉积法和液相剥离法合成镍磷硫二维材料，之后在所述光波导表面滴加含有镍磷硫纳米薄片的溶液，干燥后即可制得可饱和吸收体，方法简单易操作；

3、本发明第三方面提供的脉冲激光器中，将基于镍磷硫的可饱和吸收体应用在脉冲激光器中，利用镍磷硫的光学特性产生超快脉冲激光，具有良好的稳定性与输出脉冲时域特性，并且可长时间稳定工作。

附图说明

为了更清楚地说明本发明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，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为本发明实施例一中镍磷硫二维材料的合成方法的流程示意图；

图2为本发明实施例一中镍磷硫沉积流程示意图；

图3为本发明实施例三中镍磷硫二维材料的应用流程示意图；

图4为本发明实施例三中基于镍磷硫的可饱和吸收体的第一种实施结构示意图；

图5为本发明实施例三中基于镍磷硫的可饱和吸收体的第二种实施结构示意图；

图6为本发明实施例四中全光纤脉冲激光器的结构示意图；

图7为本发明实施例四中全光纤脉冲激光器输出的调Q脉冲输出特性图；

图8为本发明实施例五中全光纤脉冲激光器的结构示意图；

图9为本发明实施例五中全光纤脉冲激光器输出的输出的锁模脉冲输出特性图；

图10为本发明实施例六中全固态脉冲激光器的结构示意图。

401-法兰盘、402-基于镍磷硫的可饱和吸收体的第一种实施结构中的含有镍磷硫二维材料的溶液、403-跳线、501-透明玻璃片、502-基于镍磷硫的可饱和吸收体的第二种实施结构中的含有镍磷硫二维材料的溶液、601-实施例四中的泵浦源、602-实施例四中的波分复用器、603-实施例四中的增益光纤、604-实施例四中的振无关隔离器、605-实施例四中的偏振控制器、606-实施例四中的第一光纤耦合器、607-实施例四中的第二光纤耦合器、608-实施例四中的基于镍磷硫的可饱和吸收体、801-实施例五中的泵浦源、802-实施例五中的波分复用器、803-实施例五中的增益光纤、804-实施例五中的偏振无关隔离器、805-实施例五中的偏振控制器、806-实施例五中的第一光纤耦合器、807-实施例五中的第二光纤耦合器、808-实施例五中的基于镍磷硫的可饱和吸收体、809-实施例五中的单模光纤、1001-实施例六中的泵浦源、1002-实施例六中的输入镜、1003-实施例六中的聚焦透镜、1004-实施例六中的增益介质、1005-实施例六中的基于镍磷硫的可饱和吸收体、1006-实施例六中的输出镜

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接，还可以是物理连接或无线通信连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

另外，本发明各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

实施例一

如图1所示的一种镍磷硫二维材料的合成方法，包括如下步骤：

步骤101，将镍粉、红磷、硫粉以质量比例(0.5～1.5):(0.5～1.5):(2.5～3.5)进行配料，将配料以及运输剂依次装入石英管；

步骤102，将装有配料及运输剂的石英管内部抽气降压并进行真空封管处理；

步骤103，将经过真空封管处理后的石英管放置在加热炉的加热区，对加热炉升温使得配料能在石英管内发生化学气相沉积反应，从而得到镍磷硫晶体；

步骤104，将所得到的镍磷硫晶体表面的运输剂去除后对其进行真空干燥处理；

步骤105，采用直接液相剥离法对真空干燥后的镍磷硫晶体进行剥离，得到镍磷硫二维材料。

步骤101中，石英管在装入配料前需经过预处理，其预处理过程为：首先在石英管上合适位置用氢氧火焰喷射装置喷射火焰以用于缩颈，其中，石英管为一端开口、另一端闭口的结构，本实施例中在石英管上喷射火焰的位置为靠近石英管开口的位置；在缩颈完成后，将石英管在水和乙醇中各超声清洗2小时，具体为先将石英管在水中超声清洗2小时，随后在水中加入乙醇后继续超声清洗2小时；清洗完成后将石英管放入恒温干燥箱中干燥备用。

镍粉、红磷、硫粉的配料具体比例为1:1:3，并采用碘单质作为运输剂，其中，镍粉、红磷、硫粉以及运输剂的总重量在2.0g以下；将镍粉、红磷、硫粉以及运输剂依次装入石英管的过程均在手套箱中进行，以防止污染。

步骤102中，将装有配料的石英管抽至低压，具体为：采用真空泵将装有配料的石英管管内气压抽至10^-3Pa以下，为了防止碘挥发腐蚀真空泵，在对石英管真空封管的过程中，将石英管的底端浸入冰水中降温，随后接着利用配套的氢氧火焰喷枪进行真空封管，其中，石英管的底端即为石英管闭口的一端。

步骤103中，加热炉为双温区管式炉，参考图2，步骤103具体包括：

步骤201，将封好的石英管水平放置在双温区管式炉中，其中，石英管的一端装有配料并位于双温区管式炉的高温区，石英管的另一端中空并位于双温区管式炉的低温区；

步骤202，加热双温区管式炉，并保持炉温12～14天后将双温区管式炉冷却至室温；

步骤203，冷却完成后在石英管内位于双温区管式炉低温区的一端得到镍磷硫晶体。

步骤202中，所述加热双温区管式炉具体为：

以1℃/min的速率将双温区管式炉的高温区加热至650～750℃；

以1℃/min的速率将双温区管式炉的低温区加热至550～650℃。

本实施例中步骤202具体为：以1℃/min的速率将双温区管式炉的高温区与低温区分别加热至700℃与600℃，并保温14天；在双温区管式炉的加热与保温过程中，双温区管式炉的高温区与低温区之间的温差在100℃以下。

实施例二

本实施例还提供一种上述的合成方法制得的镍磷硫二维材料，为镍磷硫纳米片，厚度为3-100nm，大小为2-30μm，这里的大小指的是纳米片的长度/宽度范围。该镍磷硫二维材料具有单斜层状结构，其空间群为C2/m。在镍磷硫层中，每个单元包括两个Ni²⁺阳离子和一个[P₂X₆]^4-簇，P-P对取代三分之一的Ni原子，形成六边形晶格和蜂窝结构。通过弱范德华力相互作用，单个NiPS₃层被叠加。此外，的大层间距使得通过多种方法将大块晶体剥落到几层更加方便。

实施例三

如图3所示，本实施例还提供一种上述的镍磷硫二维材料的应用，镍磷硫二维材料的结构特殊、化学性质稳定，得到可饱和吸收体的稳定性较好，可以长时间用于超快激光的产生具体，因此能够应用在超快激光产生中，具体应用过程为：

301，将含有所述镍磷硫二维材料的溶液滴加在光波导表面，干燥后即得到基于镍磷硫的可饱和吸收体；

302，将基于镍磷硫的可饱和吸收体集成到脉冲激光器中作为调制器件对脉冲激光器中产生的连续光进行调制，从而产生脉冲激光输出。

在301中，基于镍磷硫的可饱和吸收体具有多种实施结构：

参考图4，光波导为三明治结构的法兰盘401加跳线装置时，将含有所述镍磷硫二维材料的溶液402滴加在三明治结构中间，即在光波导组装之前将含有所述二硒化钒二维材料的溶液402滴加在两根跳线403连接处。本实施例中，所述跳线的尾纤为SMF-28E光纤，跳线型号为FC型；

参考图5，光波导为透明玻璃片501时，将含有所述镍磷硫二维材料的溶液502滴加在透明玻璃片的一侧。

在301中，含有镍磷硫二维材料的溶液即通过液相剥离法获得，具体过程为：在获得镍磷硫晶体后，首先，为了移除运输剂碘粉，将沉积所得到的大块镍磷硫晶体浸入乙醇溶液中静止若干小时。之后，将去除运输剂后的镍磷硫晶体放入N-甲基吡咯烷酮(NMP)溶液中超声清洗2小时，最后，将NMP溶液以5000转/分的转速离心去除，然后将获得的镍磷硫纳米晶体清洗3次后在无水乙醇中重新分配，从而获得含有镍磷硫二维材料的溶液。

实施例四

如图6所示，本发明还提供一种用于产生超快激光的全光纤脉冲激光器，实现镍磷硫二维材料在超快激光产生中的应用，在本实例中，通过将基于镍磷硫的可饱和吸收体引用在全光纤脉冲激光器，实现了纳秒(ns)量级的锁模脉冲输出，该全光纤脉冲激光器具体包括：

泵浦源601，为工作波长在976nm的半导体激光器，用于输出中心波长在976nm附近的泵浦光；

波分复用器602，包括第一输入端、第二输入端与输出端，波分复用器602的第一输入端位于泵浦光的光路上以用于接收泵浦源601发射出的泵浦光；波分复用器602的第二输入端与基于镍磷硫的可饱和吸收体的输出端相连以用于双波长脉冲激发装置输出的调Q双波长脉冲激光；波分复用器602将第一输入端和第二输入端输入的两个信号合成，并通过输出端输出合成光束，在本实例中，所使用的波分复用器602为980/1550nm的波分复用器；

增益光纤603，为掺铒稀土离子增益光纤，具有宽的吸收增益谱和高的光电转换效率，包括输入端与输出端，增益光纤603的输入端与波分复用器602的输出端相连，用于对泵浦光进行增益，产生激光；

偏振无关隔离器604，为中心波长在1550nm的偏振无关隔离器，包括输入端与输出端，偏振无关隔离器604的输入端与增益光纤603的输出端相连，用于使激光只能通过偏振无关隔离器604单向传输，阻挡了后向光传输；

偏振控制器605，包括输入端与输出端，偏振控制器605的输入端与偏振无关隔离器604的输出端相连，用于改变激光的偏振态；

第一光纤耦合器606，为分光比是20:80、2×1型的光纤耦合器，具有输入端、输出为80％的第一输出端与输出为20％的第二输出端，第一光纤耦合器606的输入端与偏振控制器605的输出端相连，第一光纤耦合器606的第一输出端与基于镍磷硫的可饱和吸收体连接，用于构成激光环形腔，第一光纤耦合器606的第二输出端用于将20％的激光输出激光环形腔，与第二光纤耦合器607熔接；

上述的基于镍磷硫的可饱和吸收体608，其具有输入端与输出端，基于镍磷硫的可饱和吸收体的输入端与第一光纤耦合器606的第一输出端相连，用于激发超快脉冲；基于镍磷硫的可饱和吸收体的输出端与波分复用器602的第二输入端相连，用于形成激光环形腔；该光纤脉冲激光器中的基于镍磷硫的可饱和吸收体采用法兰盘加跳线装置，即基于镍磷硫的可饱和吸收体的输入端与输出端由两根跳线组成；

第二光纤耦合器607，为分光比是50:50、2×1型的光纤耦合器，具有输入端，输出为50％的第一输出端，输出为50％的第二输出端，通过第二光纤耦合器607的第一输出端与第二输出端测量激光器输出的调Q脉冲的时域、频域特性和功率。

上述脉冲光纤激光器的工作过程为：泵浦源601输出的中心波长在976nm附近的泵浦光经过980/1550nm波分复用器602的输出端入射到掺铒稀土离子增益光纤603进行增益，产生激光；之后，激光入射到工作波长在1550nm的偏振无关隔离器604中，保证了激光在环形腔中的单向传输，使得腔内损耗得到降低；偏振控制器605接收到从偏振无关隔离器604中射出的激光，通过偏振控制器605改变激光在腔内的偏振态；经过偏振控制器605调整偏振态之后的激光从第一光纤耦合器606的输入端入射进第一光纤耦合器606，经过耦合，80％的激光从第一光纤耦合器606的第一输出端输出，入射到基于镍磷硫的可饱和吸收体608中，20％的激光从第一光纤耦合器606的第二输出端输出，入射到第二光纤耦合器607的输入端，再从第二光纤耦合器607的第一输出端、第二输出端输出，用来测量激光的时域、频域特性和功率；80％的激光入射到基于镍磷硫的可饱和吸收体608中，基于镍磷硫的可饱和吸收体对激光进行调制，使得超快调Q脉冲产生；之后，激光再次从980/1550nm的波分复用器602的第二输入端输入，形成一个激光环形腔。

在本实施例中，采用镍磷硫作为可饱和吸收体，超薄镍磷硫纳米片在液体和环境条件下均表现出良好的稳定性。由于镍磷硫纳米片具有很强的能带特性，使得其具有优异的光响应性能，从紫外到可见光区域都有响应，因此镍磷硫在光电器件中具有广阔的应用前景，本实施例首次使用镍磷硫作为可饱和吸收体材料，实现了在全光纤激光器中的超快激光的产生，图7即为该全光纤脉冲激光器输出的调Q脉冲输出特性图，从图7可知，该被动调Q光纤激光器的性能。在50mW的泵浦功率下，如图7(a)所示，脉冲序列的间隔为39.62μs。如图7(b)所示，脉冲包络使用高斯函数进行拟合，半峰全宽(FWHM)为8.52μs。图7(c)是对应的是在250kHz范围内的射频(RF)频谱，可以看出信噪比(SNR)为45.54dB，表明被动调Q的稳定性较好。如图7(d)所示，输出功率与泵浦功率成线性关系。图7(e)描绘了不同泵浦功率下的重复频率和脉冲持续时间。当泵浦功率从40mW增加到105mW时，重复频率从20.6kHz增加到33.39kHz。同时，脉冲持续时间从10.24μs降低到4.635μs。图7(f)显示了脉冲能量和峰值功率与泵浦功率的关系。最大脉冲能量达到31.01nJ，最大峰值功率达到6.4mW。。

实施例五

如图8所示的，本实施例还提供另外一种实施结构的全光纤脉冲激光器，其包括泵浦源801、波分复用器802、增益光纤803、偏振无关隔离器804、偏振控制器805、第一光纤耦合器806、第二光纤耦合器807、基于镍磷硫的可饱和吸收体808与单模光纤809，与实施例四的区别在于，该实施结构下的全光纤脉冲激光器中，偏振无关隔离器804之间偏振控制器805还设有单模光纤809，具体为一段长度为20米，型号为SMF-28E的光纤，单模光纤809的一端与偏振无关隔离器804的输出端相连，单模光纤809的另一端与偏振控制器805的输入端相连。图9即为该全光纤脉冲激光器输出的锁模脉冲输出特性图，从图9可知，两个输出波长分别为1563.9nm和1564.6nm。同时，脉冲序列间隔大约为195.4ns，可以发现基本重复频率为5.117MHz，重频与激光环腔的物理长度很好地对应。图9(c)表示RBW为100Hz的射频频谱。图9(c)的插图是10MHz范围内的射频频谱，这进一步证明了锁模的稳定性。测得的基波时SNR为51.50dB频率是5.2MHz。脉冲持续时间如图9(d)所示，宽度为6.52ns。在在不同输入功率下的记录重复频率，如图9(e)所示。当泵浦功率从440mW增加到500mW时，重复率保持在为5.117MHz，这也表明锁模操作的稳定性。如图9(f)所示，输出功率随着泵浦功率的增加线性增加，并且斜率效率为6.67％。实现最大输出功率为38.16mW，最大脉冲能量为4.46nJ。

实施例六

如图10所示，本发明还提供一种用于产生超快激光的全固态脉冲激光器，在全固态脉冲激光器中使用基于镍磷硫的可饱和吸收体产生超快激光。该全固态激光器包括沿光传播方向依次设置的泵浦源1001、输入镜1002、聚焦透镜1003、增益介质1004、基于镍磷硫的可饱和吸收体1005和输出镜1006，具体的：

泵浦源，用于输出泵浦光；

聚焦透镜，对泵浦源输出的泵浦光进行聚焦后射入增益介质；

增益介质受到泵浦光的激励，激发信号光。

输入镜对信号光是全反射，对与泵浦光是全透射。输出透镜对泵浦光是部分透射。输入镜和输出镜组成了激光器的谐振腔，利用基于镍磷硫的可饱和吸收体具有可饱和吸收特性，对腔内激光进行调制，从而产生超快激光脉冲。

其中，增益介质可以为Yb³⁺:ScBO₃、Nd:YAG陶瓷、Yb:CYA、Cr:ZnSe、Yb:LuYAG、Tm:CaYAlO₄、Er:Y₂O₃陶瓷、Tm:YAG陶瓷等。具体地说，当所选的增益介质不同时，所采用的泵浦源、输入镜、聚焦透镜、可饱和吸收体和输出镜的工作波长应该对应相应增益介质的工作波长。可选的泵浦源、输入镜、聚焦透镜、可饱和吸收体和输出镜为业界常规选择，本实施例中不做特殊限定。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种镍磷硫二维材料的合成方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤101，将镍粉、红磷、硫粉以质量比例(0.5～1.5):(0.5～1.5):(2.5～3.5)进行配料，将配料以及运输剂依次装入石英管；

步骤102，将装有配料及运输剂的石英管内部抽气降压并进行真空封管处理；

步骤103，将经过真空封管处理后的石英管放置在加热炉的加热区，对加热炉升温使得配料能在石英管内发生化学气相沉积反应，从而得到镍磷硫晶体；

步骤104，将所得到的镍磷硫晶体表面的运输剂去除后对其进行真空干燥处理；

步骤105，采用直接液相剥离法对真空干燥后的镍磷硫晶体进行剥离，得到镍磷硫二维材料。

2.根据权利要求1所述镍磷硫二维材料的合成方法，其特征在于，步骤101中，镍粉、红磷、硫粉以及运输剂的总质量在2g以下。

3.根据权利要求1所述镍磷硫二维材料的合成方法，其特征在于，步骤102中，在对石英管真空封管的过程中，将石英管的底端浸入冰水中降温，以防止运输剂挥发。

4.根据权利要求1所述镍磷硫二维材料的合成方法，其特征在于，步骤103中，所述加热炉为双温区管式炉，所述步骤103具体包括：

步骤201，将封好的石英管水平放置在双温区管式炉中，其中，石英管的一端装有配料并位于双温区管式炉的高温区，石英管的另一端中空并位于双温区管式炉的低温区；

步骤202，加热双温区管式炉，并保持炉温12～14天后将双温区管式炉冷却至室温；

步骤203，冷却完成后在石英管内位于双温区管式炉低温区的一端得到镍磷硫晶体。

5.根据权利要求4所述镍磷硫二维材料的合成方法，其特征在于，步骤202中，所述加热双温区管式炉具体为：

以1℃/min的速率将双温区管式炉的高温区加热至650～750℃；

以1℃/min的速率将双温区管式炉的低温区加热至550～650℃；

在双温区管式炉的加热与保温过程中，双温区管式炉的高温区与低温区之间的温差在100℃以下。

6.一种镍磷硫二维材料，其特征在于，为镍磷硫纳米片，厚度为3～100nm，大小为2～30μm。

7.一种权利要求6所述的镍磷硫二维材料的应用，其特征在于，应用在超快激光产生中，具体为：

将含有权利要求6所述的镍磷硫二维材料的溶液滴加在光波导表面，干燥后即得到基于镍磷硫的可饱和吸收体；

将基于镍磷硫的可饱和吸收体集成到脉冲激光器中作为调制器件对脉冲激光器中产生的连续光进行调制，从而产生脉冲激光输出。

8.一种用于产生超快激光的全光纤脉冲激光器，其特征在于，包括：

泵浦源，用于产生泵浦光；

波分复用器，包括第一输入端、第二输入端与输出端，波分复用器的第一输入端位于泵浦光的光路上，用于接收泵浦光；

增益光纤，包括输入端与输出端，增益光纤的输入端与波分复用器的输出端相连，用于对泵浦光进行增益，产生激光；

偏振无关隔离器，包括输入端与输出端，偏振无关隔离器的输入端与增益光纤的输出端相连，用于使激光保持单向传输；

偏振控制器，包括输入端与输出端，偏振控制器的输入端与偏振无关隔离器的输出端相连，用于改变激光的偏振态；

第一光纤耦合器，包括输入端、第一输出端与第二输出端，第一光纤耦合器的输入端与偏振控制器的输出端相连，用于将激光耦合成两束；

权利要求7中获得的所述基于镍磷硫的可饱和吸收体，具有输入端与输出端，基于镍磷硫的可饱和吸收体的输入端与第一光纤耦合器的第一输出端相连，用于激发超快脉冲；基于镍磷硫的可饱和吸收体的输出端与波分复用器的第二输入端相连，用于形成激光环形腔；

第二光纤耦合器，包括输入端、第一输出端与第二输出端，第二光纤耦合器的输入端与第一光纤耦合器的第二输出端相连，用于将第一光纤耦合器输出的激光耦合以用于测量激光的时域、频域特性和功率。

9.根据权利要求7所述用于产生超快激光的全光纤脉冲激光器，其特征在于，所述偏振无关隔离器与偏振控制器之间还设有单模光纤。

10.一种用于产生超快激光的全固态脉冲激光器，其特征在于，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、权利要求7中获得的所述基于镍磷硫的可饱和吸收体和输出镜。