CN112736637A - 一种基于二碲化铌的可饱和吸收体和制备方法及其制成的锁模光纤激光器 - Google Patents

一种基于二碲化铌的可饱和吸收体和制备方法及其制成的锁模光纤激光器 Download PDF

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Abstract

本发明属于被动锁模光纤激光器技术领域，公开了一种基于二碲化铌的可饱和吸收体和制备方法及其制成的锁模光纤激光器。该方法是先制备二碲化铌纳米片分散液，再将二碲化铌纳米片分散液与聚乙烯醇水溶液混合，形成二碲化铌/聚乙烯醇复合薄膜；所得复合薄膜裁剪成小片，得到基于二碲化铌的可饱和吸收体，待转移到光纤端面。本发明的锁模激光器包括泵浦源、波分复用器、掺杂光纤、单模光纤、光隔离器、光纤耦合器、偏振控制器和基于二碲化铌的可饱和吸收体。本发明中的二碲化铌可饱和吸收体具有良好的稳定性，不易被氧化，可长时间用于激光锁模，且基于该材料的锁模激光性能稳定。

Description

一种基于二碲化铌的可饱和吸收体和制备方法及其制成的锁 模光纤激光器
技术领域
本发明属于被动锁模光纤激光器技术领域，特别涉及一种基于二碲化铌的可饱和吸收体和制备方法及其制成的锁模光纤激光器。
背景技术
光纤激光器因其具有结构紧凑、转换效率高、稳定性好等优势在材料加工、光通信、医疗和相关科学的基础研究领域有着非常广阔的应用前景其中脉冲光纤激光器不仅具有光纤激光器的固有优势，同时兼具低功耗、高峰值功率、窄脉宽等特点，在整个激光产业中占据了重要地位，被视为最有潜力的激光光源之一。
被动锁模是一种可用于产生超短脉冲激光的方法，其基本原理是在光路中加入饱和吸收体，光源通过饱和吸收体之后，边翼部分的损耗大于中央部分，导致光脉冲变窄，从而产生超短脉冲激光。但是半导体可饱和吸收镜(SESAM)造价昂贵，难以与光纤兼容。而碳纳米管(CAT)虽然制作较为简单，也易于光学集成，但只能在相对较窄的波段内运行因此寻找一种能够替代SESAM的可饱和吸收体材料成为了超短脉冲激光领域的研究热点。
二维(2D)材料即二维纳米材料，在它出现后的短短数十年内，其应用已经取得了飞速的发展，尤其是在光电领域的应用。石墨烯因为其宽带可饱和吸收特性、恢复时间短、成本易控制、制作工艺难度低等优点，迅速成为超短脉冲激光领域的研究热点之一。但是石墨烯由于单原子层吸光太弱，导致调制深度太小。因此，开发一种新型调制深度大的宽带可饱和吸收体材料显得颇为重要。
发明内容
为了克服现有技术中的缺点与不足，本发明的首要目的在于提供一种基于二碲化铌的可饱和吸收体的制备方法。
本发明的又一目的在于提供一种上述制备方法制备得到的基于二碲化铌的可饱和吸收体。
本发明的再一目的在于提供一种由上述基于二碲化铌的可饱和吸收体制成的锁模光纤激光器。
本发明的目的通过下述技术方案实现：
一种基于二碲化铌的可饱和吸收体的制备方法，包括以下操作步骤：
(1)将二碲化铌粉末加入甲醇溶液中超声剥离，得到二碲化铌分散液，再将该分散液离心，除去未被有效剥离的二碲化铌，所得上清液为二碲化铌纳米片分散液；
(2)将步骤(1)所得二碲化铌纳米片分散液和聚乙烯醇溶液混合均匀，经干燥，形成二碲化铌/聚乙烯醇复合薄膜；
(3)将步骤(2)所得二碲化铌/聚乙烯醇复合薄膜裁剪成小片，得到基于二碲化铌的可饱和吸收体，待转移到光纤端面。
步骤(1)所述二碲化铌粉末的质量和甲醇溶液的体积之比为10mg：40mL。
步骤(1)所述超声的功率为300～400W，所述超声剥离的时间为20h，所述离心的速率为2000rpm，所述离心的时间为10min。
步骤(2)所述二碲化铌纳米片分散液和聚乙烯醇溶液的体积比为(1～5):(1～5)；所述聚乙烯醇溶液的浓度为3～10wt％。
步骤(2)所述干燥的时间为24h，干燥的温度为70℃。
一种由上述的制备方法制备得到的基于二碲化铌的可饱和吸收体。
一种由上述的基于二碲化铌的可饱和吸收体制成的锁模光纤激光器，所述锁模光纤激光器包括基于二碲化铌的可饱和吸收体、泵浦源、波分复用器、镱掺杂光纤、光隔离器、单模光纤、光纤耦合器和偏振控制器。
所述波分复用器包括第一输入端和第二输入端；所述光纤耦合器包括75％输出端和25％输出端；所述泵浦源、波分复用器的第一输入端、镱掺杂光纤、光隔离器、单模光纤、光纤耦合器的75％输出端、偏振控制器、基于二碲化铌的可饱和吸收体依次相连，所述基于二碲化铌的可饱和吸收体与所述波分复用器的第二输入端连接形成环形腔结构；所述基于二碲化铌的可饱和吸收体转移到光纤跳线端面，并与另一光纤跳线用法兰盘连接，置于光纤法兰内，两端用单模光纤分别与波分复用器的第二输入端和偏振控制器相连。
本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：
(1)本发明中的基于二碲化铌的可饱和吸收体具有良好的稳定性，容易实现锁模，产生超短脉冲激光。
(2)本发明采用液相剥离法制备的二碲化铌，工艺简单，可大规模生产，有利于商业化。
(3)本发明使用时只需要将二碲化铌复合薄膜转移到光纤连接头的端面即可，操作方便，而且整个激光光路系统都是在光纤内部运行的，不受外界环境的干扰，性能非常稳定。
附图说明
图1是实施例中基于二碲化铌的可饱和吸收体的锁模光纤激光器的结构示意图，其中，1为泵浦源，2为波分复用器，3为镱掺杂光纤，4为光隔离器，5为单模光纤，6为光纤耦合器，7为偏振控制器，8为二碲化铌的可饱和吸收体，9为波分复用器的第一输入端，10为波分复用器的第二输入端，11为光纤耦合器的75％输出端，12为光纤耦合器的25％输出端。
图2为实验测量的基于二碲化铌的可饱和吸收体的锁模光纤激光器的光谱图。
图3为实验测量的基于二碲化铌的可饱和吸收体的锁模光纤激光器的脉冲序列图。
图4为实验测量的基于二碲化铌的可饱和吸收体的锁模光纤激光器的单脉冲脉宽图。
图5为实验测量的基于二碲化铌的可饱和吸收体的锁模光纤激光器的射频频谱图。
图6为实验测量的基于二碲化铌的可饱和吸收体的锁模光纤激光器的输出功率与泵功功率的关系图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1：
(1)将10mg二碲化铌粉末加入40mL甲醇/水混合溶液中，在高功率(400W)超声波清洗机中连续超声剥离20h，得到二碲化铌分散液，再将该分散液在2000rpm转速下离心10min，所得上清液为二碲化铌纳米片分散液；
(2)首先，制备了质量分数为10％的聚乙烯醇(PVA)水溶液，取5mL步骤(1)所得上清液为二碲化铌纳米片分散液，将其与1.5mL聚乙烯醇(PVA)溶液混合均匀，并使用超声波清洁器将混合物超声处理2小时。将均匀的混合物滴在干净的培养皿的表面上，并在70℃下干燥24小时，最终获得二碲化铌/聚乙烯醇复合薄膜(NbTe2-PVA膜)；
(3)将二碲化铌/聚乙烯醇复合薄膜裁剪成2×2mm的小片，得到基于二碲化铌的可饱和吸收体，待转移到光纤端面。
实施例2
将实施例1制得的基于二碲化铌的可饱和吸收体8、980nm的泵浦源1、980/1064的波分复用器2、镱掺杂光纤3、光隔离器4、单模光纤5、光纤耦合器6(将一束激光会分成两束激光，该两束光放入功率比值为75：25，即25％输出，75％继续在光路中循环)、偏振控制器7制得环形腔结构的锁模光纤激光器，环形腔长为23m。
由图1可知，波分复用器2包括第一输入端9和第二输入端10；光纤耦合器6包括75％输出端11和25％输出端12；用光纤熔接机将泵浦源的输出端与波分复用器的第一输入端相连，波分复用器的输出端与镱掺杂光纤的一端相连，镱掺杂光纤的另一端与光隔离器输入端相连，光隔离器的输出端与单模光纤的一端相连，单模光纤的另一端与光纤耦合器的75％输出端相连，光耦合器的输入端与偏振控制器的一端相连，偏振控制器的另一端与基于二碲化铌的可饱和吸收体的一端相连，基于二碲化铌的可饱和吸收体的另一端与波分复用器的第二输入端相连。所述基于二碲化铌的可饱和吸收体转移到光纤跳线端面，并与另一光纤跳线用法兰盘连接，置于光纤法兰内，两端用单模光纤分别与波分复用器的第二输入端和偏振控制器相连。在光纤耦合器的25％输出端口连接相关仪器来测量光纤激光器的激光输出特性。
图2为实施例3中基于二碲化铌可饱和吸收体的锁模光纤激光器的光谱图；由图2可知，光谱的3dB带宽为1.01nm，中心波长为1061nm。图3为实施例2中基于二碲化铌可饱和吸收体的锁模光纤激光器的脉冲序列图；由图3可知，可知腔内的锁模脉冲工作在一个相对稳定的状态下，脉冲间隔为108.9ns，相应的脉冲重复频率为9.02MHz。图4为实施例3中基于二碲化铌可饱和吸收体的锁模光纤激光器的单脉冲信号图。由图4可知，脉冲宽度为469.9ps。图5为实施例3中基于二碲化铌可饱和吸收体的锁模光纤激光器的射频频谱图。由图5可知，脉冲的信噪比为41.8dB，表明脉冲信号非常稳定。图6为实施例3中基于二碲化铌可饱和吸收体的锁模光纤脉冲激光器的输出功率与泵功功率的关系图。由图6可知，随着泵浦功率的增加脉冲输出功率也逐渐增加，两种大致是一个线性变化关系。综上所述，本发明提供的锁模脉冲光纤激光器的脉冲重复频率为9.02MHz，脉冲宽度为469.9ps，脉冲信噪比可达到41.8，脉冲的稳定性良好。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于二碲化铌的可饱和吸收体的制备方法，其特征在于包括以下操作步骤：
(1)将二碲化铌粉末加入甲醇溶液中超声剥离，得到二碲化铌分散液，再将该分散液离心，除去未被有效剥离的二碲化铌，所得上清液为二碲化铌纳米片分散液；
(2)将步骤(1)所得二碲化铌纳米片分散液和聚乙烯醇溶液混合均匀，经干燥，形成二碲化铌/聚乙烯醇复合薄膜；
(3)将步骤(2)所得二碲化铌/聚乙烯醇复合薄膜裁剪成小片，得到基于二碲化铌的可饱和吸收体，待转移到光纤端面。
2.根据权利要求1所述的一种基于二碲化铌的可饱和吸收体的制备方法，其特征在于：步骤(1)所述二碲化铌粉末的质量和甲醇溶液的体积之比为10mg：40mL。
3.根据权利要求1所述的一种基于二碲化铌的可饱和吸收体的制备方法，其特征在于：步骤(1)所述超声的功率为300～400W，所述超声剥离的时间为20h，所述离心的速率为2000rpm，所述离心的时间为10min。
4.根据权利要求1所述的一种基于二碲化铌的可饱和吸收体的制备方法，其特征在于：步骤(2)所述二碲化铌纳米片分散液和聚乙烯醇溶液的体积比为(1～5):(1～5)；所述聚乙烯醇溶液的浓度为3～10wt％。
5.根据权利要求1所述的一种基于二碲化铌的可饱和吸收体的制备方法，其特征在于：步骤(2)所述干燥的时间为24h，干燥的温度为70℃。
6.一种由权利要求1-5任一项所述的制备方法制备得到的基于二碲化铌的可饱和吸收体。
7.一种由权利要求6所述的基于二碲化铌的可饱和吸收体制成的锁模光纤激光器，其特征在于：所述锁模光纤激光器包括基于二碲化铌的可饱和吸收体、泵浦源、波分复用器、镱掺杂光纤、光隔离器、单模光纤、光纤耦合器和偏振控制器。
8.根据权利要求7所述的锁模光纤激光器，其特征在于：所述波分复用器包括第一输入端和第二输入端；所述光纤耦合器包括75％输出端和25％输出端；所述泵浦源、波分复用器的第一输入端、镱掺杂光纤、光隔离器、单模光纤、光纤耦合器的75％输出端、偏振控制器、基于二碲化铌的可饱和吸收体依次相连，所述基于二碲化铌的可饱和吸收体与所述波分复用器的第二输入端连接形成环形腔结构；所述基于二碲化铌的可饱和吸收体转移到光纤跳线端面，并与另一光纤跳线用法兰盘连接，置于光纤法兰内，两端用单模光纤分别与波分复用器的第二输入端和偏振控制器相连。
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