CN111987582A - 一种基于MXene的可饱和吸收体及其制备方法和激光器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种基于MXene的可饱和吸收体，包括微纳光纤和涂覆于微纳光纤表面的MXene二维材料层；所述MXene二维材料层为Nb2C纳米片。本发明基于MXene的可饱和吸收体，包括微纳光纤和涂覆于微纳光纤表面的MXene二维材料层，其中，所述MXene二维材料层为Nb2C纳米片。Nb2C纳米片具有稳定性好、带隙可调等优点，通过Nb2C纳米片调制光束以实现目的激光束的循环输出，制备出稳定可靠的激光器。本发明还提供了基于MXene的可饱和吸收体的制备方法和激光器。

Description

一种基于MXene的可饱和吸收体及其制备方法和激光器
技术领域
本发明涉及光调制设备领域，具体涉及一种基于MXene的可饱和吸收体，本发明还涉及该基于MXene的可饱和吸收体的制备方法，本发明还涉一种包括该基于MXene的可饱和吸收体的激光器。
背景技术
锁模光纤激光器是利用调制器件周期性改变激光器腔内参数(损耗，相位)实现的锁模的。其中利用材料的锁模激光器无论在性能，输出稳定性方面都占有优势。材料锁模光纤激光器主要是利用了材料可饱和吸收效应实现的。锁模光纤激光器用途广泛，涵盖军事和国民经济的各个领域，如在光通讯，精密机械加工等。目前科学研究和工业生产领域利用新型二维材料半导体锁模光纤激光器正在迅猛发展。
以石墨烯为代表的二维材料由于自身特殊的电学和光学性能，在电子和光电子领域具有巨大的潜在应用。但是这类二维材料普遍存在稳定性差、带隙不可调等缺陷。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种基于MXene的可饱和吸收体，本发明还提供了一种基于MXene的可饱和吸收体的制备方法，本发明还提供了一种包括前述第一方面所述基于MXene的可饱和吸收体的激光器，以解决现有可饱和吸收体或者激光器存在的稳定性差、带隙不可调等缺陷。
第一方面，本发明提供了一种基于MXene的可饱和吸收体，包括微纳光纤和涂覆于微纳光纤表面的MXene二维材料层；
所述MXene二维材料层为Nb2C纳米片。
本发明基于MXene的可饱和吸收体，包括微纳光纤和涂覆于微纳光纤表面的MXene二维材料层，其中，所述MXene二维材料层为Nb2C纳米片。Nb2C纳米片具有稳定性好、带隙可调等优点，通过Nb2C纳米片调制光束以实现目的激光束的循环输出，制备出稳定可靠的激光器。另外，通过开发一种基于新型材料的可饱和吸收体，也能拓展可饱和吸收体的选择范围和激光器的种类。
第二方面，本发明还提供了一种基于MXene的可饱和吸收体的制备方法，包括以下步骤：
制备Nb2C纳米片：提供前驱体MAX和HF溶液中，将前驱体MAX置于HF溶液中，刻蚀前驱体MAX中的Al层，离心取上清液，得到含有Nb2C纳米片的溶液；
制备可饱和吸收体：将微纳光纤浸入含有Nb2C纳米片的溶液中，所述微纳光纤的一端引入980nm连续光，Nb2C纳米片借助于光泳力作用沉积到微纳光纤表面，制得可饱和吸收体；
所述前驱体MAX为Nb2AlC前驱体。
本发明基于MXene的可饱和吸收体的制备方法具有步骤简单、成本低等优点，可用于大规模工业化生产，也能极大地拓展Nb2C纳米片在激光器领域的应用。
优选的，在制备Nb2C纳米片步骤中，刻蚀完成后，向含有Nb2C纳米片的混合溶液中添加去离子水、搅拌；
当含有Nb2C纳米片的混合溶液的pH值变为6时，向含有Nb2C纳米片的混合溶液中注入IPA溶剂后进行水浴超声，离心收集Nb2C纳米片。
优选的，在制备Nb2C纳米片步骤中，所述水浴超声的功率为280～400W，所述水浴超声的时间为18～36h。
优选的，在制备Nb2C纳米片步骤中，所述离心的具体操作为：5000转/min离心20min。
优选的，在制备Nb2C纳米片步骤中，所述Nb2AlC前驱体与HF溶液的质量体积之比为1:0.1～2mg/mL。
优选的，在制备Nb2C纳米片步骤中，所述HF溶液的质量分数为20％～60％。
优选的，在制备可饱和吸收体步骤中，所述含有Nb2C纳米片的溶液的浓度为0.05～0.25mg/mL，所述微纳光纤浸入含有Nb2C纳米片的溶液中20～60min。
第三方面，本发明还提供了一种激光器，该激光器包括本发明第一方面所述的基于MXene的可饱和吸收体。
优选的，还包括980nm半导体激光器、保偏980/1550nm耦合器、保偏掺镱光纤、偏振控制器、保偏输出耦合器、偏振无关隔离器；
所述保偏980/1550nm耦合器、保偏掺镱光纤、偏振控制器、基于MXene的可饱和吸收体、保偏输出耦合器及偏振无关隔离器依次首尾光导通，所述980nm半导体激光器用于提供980nm光并输送至保偏980/1550nm耦合器。
本发明激光器包括基于MXene的可饱和吸收体，能够实现稳定的光调制作用和特定波长的激光输出。
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
为更清楚地阐述本发明的内容，下面结合附图与具体实施例来对其进行详细说明。
图1为本发明实施例1中的Nb2C纳米薄片制备流程图；
图2为本发明实施例2中Nb2C纳米薄片集成到保偏无源光纤的制备流程图；
图3为本发明实施例3中Nb2C可饱和吸收体掺镱锁模光纤激光器结构示意图。
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。
第一方面，本发明提供了一种基于MXene的可饱和吸收体，包括微纳光纤和涂覆于微纳光纤表面的MXene二维材料层；
所述MXene二维材料层为Nb2C纳米片。
第二方面，本发明还提供了一种基于MXene的可饱和吸收体的制备方法，包括以下步骤：
制备Nb2C纳米片：提供前驱体MAX和HF溶液中，将前驱体MAX置于HF溶液中，刻蚀前驱体MAX中的Al层，离心取上清液，得到含有Nb2C纳米片的溶液；
制备可饱和吸收体：将微纳光纤浸入含有Nb2C纳米片的溶液中，所述微纳光纤的一端引入980nm连续光，Nb2C纳米片借助于光泳力作用沉积到微纳光纤表面，制得可饱和吸收体；
所述前驱体MAX为Nb2AlC前驱体。
优选的，在制备Nb2C纳米片步骤中，刻蚀完成后，向含有Nb2C纳米片的混合溶液中添加去离子水、搅拌；
当含有Nb2C纳米片的混合溶液的pH值变为6时，向含有Nb2C纳米片的混合溶液中注入IPA溶剂后进行水浴超声，离心收集Nb2C纳米片。
优选的，在制备Nb2C纳米片步骤中，所述水浴超声的功率为280～400W，所述水浴超声的时间为18～36h。
优选的，在制备Nb2C纳米片步骤中，所述离心的具体操作为：5000转/min离心20min。
优选的，在制备Nb2C纳米片步骤中，所述Nb2AlC前驱体与HF溶液的质量体积之比为1:0.1～2mg/mL。
优选的，在制备Nb2C纳米片步骤中，所述HF溶液的质量分数为20％～60％。
优选的，在制备可饱和吸收体步骤中，所述含有Nb2C纳米片的溶液的浓度为0.05～0.25mg/mL，所述微纳光纤浸入含有Nb2C纳米片的溶液中20～60min。
第三方面，本发明还提供了一种激光器，该激光器包括本发明第一方面所述的基于MXene的可饱和吸收体。
优选的，还包括980nm半导体激光器、保偏980/1550nm耦合器、保偏掺镱光纤、偏振控制器、保偏输出耦合器、偏振无关隔离器；
所述保偏980/1550nm耦合器、保偏掺镱光纤、偏振控制器、基于MXene的可饱和吸收体、保偏输出耦合器及偏振无关隔离器依次首尾光导通，所述980nm半导体激光器用于提供980nm光并输送至保偏980/1550nm耦合器。
实施例1
一种基于MXene的可饱和吸收体的制备方法，包括以下步骤：
制备Nb2C纳米片：如图1所示，将50mg Nb2AlC前驱体放入烧杯中，加入质量分数为40％的HF酸，每分钟500转，时间为24小时，充分将前驱体中Al层蚀刻。不断用去离子水冲洗纳米薄片混合溶液，并不断测试溶液PH值，直到PH值变为6。将此溶液放入IPA溶剂中，水浴超声24小时，将大片层Nb2C减小其厚度成为Nb2C纳米薄片。之后离心20分钟，转速5000转每分钟。取其上清液继续进行15000转/分钟离心30分钟，收集沉淀、60℃真空干燥，得到Nb2C纳米薄片。
制备可饱和吸收体：如图2所示，取1mg上述Nb2C纳米薄片分散到10mL去离子水中，将混合液5000转/分钟离心1小时，形成分散均匀的溶液。然后将光纤剥除涂覆层，利用拉锥机将单模光纤光纤一端固定，然后拉至成微纳光纤。将微纳光纤沉浸在均匀分散的Nb2C纳米片溶液中。利用980nm连续光输出半导体激光器输出尾纤和拉锥光纤一端熔接。固定半导体激光器输出功率50mW，将激光拉锥光纤中30分钟。Nb2C纳米薄片由于光泳力作用沉积到微纳光纤光腰表面，这样Nb2C纳米片集成到光纤中，制得可饱和吸收体。
实施例2
如图3所示，将实施例制2备的Nb2C可饱和吸收体5放入掺镱锁模光纤激光器，腔内保偏无源光纤(PM980-XP，Thorlabs)长度为12m，增益光纤(YB1200-10/125DC-PM)50cm，其余器件均为保偏器件。调节泵浦光功率与偏振控制器，实现稳定锁模脉冲输出。由此制得锁模光纤激光器。
在具体的实施方式中，该锁模光纤激光器包括：980nm半导体激光器1、保偏980/1550nm耦合器2、保偏掺镱光纤3、偏振控制器4、Nb2C可饱和吸收体5、保偏输出耦合器6、偏振无关隔离器7。其中，保偏980/1550nm耦合器2、保偏掺镱光纤3、偏振控制器4、Nb2C可饱和吸收体5、保偏输出耦合器6及偏振无关隔离器7依次首尾光导通，980nm半导体激光器1用于提供980nm光并输送至保偏980/1550nm耦合器，且保偏输出耦合器6恒定输出1550nm的激光。
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)

1.一种基于MXene的可饱和吸收体，其特征在于，包括微纳光纤和涂覆于微纳光纤表面的MXene二维材料层；
所述MXene二维材料层为Nb2C纳米片。
2.一种基于MXene的可饱和吸收体的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
制备Nb2C纳米片：提供前驱体MAX和HF溶液中，将前驱体MAX置于HF溶液中，刻蚀前驱体MAX中的Al层，离心取上清液，得到含有Nb2C纳米片的溶液；
制备可饱和吸收体：将微纳光纤浸入含有Nb2C纳米片的溶液中，所述微纳光纤的一端引入980nm连续光，Nb2C纳米片借助于光泳力作用沉积到微纳光纤表面，制得可饱和吸收体；
所述前驱体MAX为Nb2AlC前驱体。
3.如权利要求2所述的基于MXene的可饱和吸收体的制备方法，其特征在于，在制备Nb2C纳米片步骤中，刻蚀完成后，向含有Nb2C纳米片的混合溶液中添加去离子水、搅拌；
当含有Nb2C纳米片的混合溶液的pH值变为6时，向含有Nb2C纳米片的混合溶液中注入IPA溶剂后进行水浴超声，离心收集Nb2C纳米片。
4.如权利要求3所述的基于MXene的可饱和吸收体的制备方法，其特征在于，在制备Nb2C纳米片步骤中，所述水浴超声的功率为280～400W，所述水浴超声的时间为18～36h。
5.如权利要求2所述的基于MXene的可饱和吸收体的制备方法，其特征在于，在制备Nb2C纳米片步骤中，所述离心的具体操作为：5000转/min离心20min。
6.如权利要求2所述的基于MXene的可饱和吸收体的制备方法，其特征在于，在制备Nb2C纳米片步骤中，所述Nb2AlC前驱体与HF溶液的质量体积之比为1:0.1～2mg/mL。
7.如权利要求3所述的基于MXene的可饱和吸收体的制备方法，其特征在于，在制备Nb2C纳米片步骤中，所述HF溶液的质量分数为20％～60％。
8.如权利要求2所述的基于MXene的可饱和吸收体的制备方法，其特征在于，在制备可饱和吸收体步骤中，所述含有Nb2C纳米片的溶液的浓度为0.05～0.25mg/mL，所述微纳光纤浸入含有Nb2C纳米片的溶液中20～60min。
9.一种激光器，其特征在于，包括权利要求1所述的基于MXene的可饱和吸收体。
10.如权利要求9所述的激光器，其特征在于，还包括980nm半导体激光器、保偏980/1550nm耦合器、保偏掺镱光纤、偏振控制器、保偏输出耦合器、偏振无关隔离器；
所述保偏980/1550nm耦合器、保偏掺镱光纤、偏振控制器、基于MXene的可饱和吸收体、保偏输出耦合器及偏振无关隔离器依次首尾光导通，所述980nm半导体激光器用于提供980nm光并输送至保偏980/1550nm耦合器。
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