CN115117724A - 一种可饱和吸收体二硒化钯复合材料及其制备方法和被动锁模激光器 - Google Patents
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Abstract
本申请属于脉冲激光技术领域，尤其涉及一种可饱和吸收体二硒化钯复合材料及其制备方法和被动锁模激光器；其中，将可饱和吸收体二硒化钯复合材料放置在脉冲激光器中的腔体中，实现脉冲序列周期均匀，信噪比高达59.27dB，频率为9.20MHZ，这说明基于可饱和吸收体二硒化钯复合材料的锁模光纤激光器能输出稳定性良好，从而解决现有可饱和吸收体材料SESAM稳定性不够优越，不能满足被动锁模激光器应用的技术问题。
Description
技术领域
本申请属于脉冲激光技术领域，尤其涉及一种可饱和吸收体二硒化钯复合材料及其制备方法和被动锁模激光器。
背景技术
超快激光的激光脉冲宽度可以达到皮秒或飞秒级，所以其产生的超短脉冲与加工材料相互作用时间极短，极大的降低了对加工材料产生的热影响，同时使加工的切面平整，不会出现裂纹，因此超短脉冲激光是一种理想的精细无损加工工具，在科研、医疗、精密加工等领域具有重要的学术研究价值；并且超快激光能在极短时间内释放能量，在军事领域上可以引爆单钩、破坏制导系统和摧毁壳体。
目前可以通过可饱和吸收体、非线性放大环境以及非线性偏振旋转锁模等被动锁模技术产生稳定的超短脉冲激光，被动锁模技术的基本原理是在光路中加入其中可饱和吸收体，泵浦光源通过可饱和吸收体之后，两翼的光强低，损耗大，中间的光强高，损耗小，结果光脉冲被窄化，在震荡腔中不断循环，产生超短脉冲；目前被动锁模激光器中使用较多的还是可饱和吸收体材料SESAM，但是SESAM还是存在一些缺陷，比如制作工艺复杂，环境要求高，外界的干扰因素多，性能不够稳定，并且在性能上工作波长的范围窄(小于100nm)，恢复时间长，调制深度难以控制等问题未能解决；所以有必要研究出一种比SESAM的性能更为优越的可饱和吸收体材料。
发明内容
有鉴于此，本申请提供了一种可饱和吸收体二硒化钯复合材料及其制备方法和被动锁模激光器，用于解决现有可饱和吸收体材料SESAM稳定性不够优越，不能满足被动锁模激光器应用的技术问题。
本申请第一方面提供了一种可饱和吸收体二硒化钯复合材料，包括二硒化钯纳米片和有机包覆层；
所述有机包覆层包覆在所述二硒化钯纳米片表面。
优选的，所述有机包覆层为聚乙烯醇。
本申请第二方面提供了一种可饱和吸收体二硒化钯复合材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤1、将含有二硒化钯粉体的混合溶液进行超声，得到二硒化钯悬浮液；
步骤2、将二硒化钯悬浮液进行离心，得到含有二硒化钯纳米片悬浮液；
步骤3、将二硒化钯纳米片悬浮液与聚乙烯醇溶液进行搅拌，得到二硒化钯纳米片/聚乙烯醇混合液；
步骤4、将二硒化钯纳米片/聚乙烯醇混合液在室温下进行干燥，得到可饱和吸收体二硒化钯复合材料。
优选的，步骤1中，所述二硒化钯悬浮液中溶剂为乙醇。
优选的，步骤1中，所述超声的频率为40KHZ，功率为300w，时间为10h。
优选的，步骤2中，所述离心转速为5000rbm/min，时间为10～20min，温度为30℃。
优选的，步骤3中，所述二硒化钯悬浮液与聚乙烯醇溶液的体积比为1:2。
优选的，所述聚乙烯醇溶液中聚乙烯醇的质量分数为4wt％。
优选的，步骤4中，所述干燥时间为12～36h。
本申请第三方面提供了一种被动锁模激光器，包括激光泵浦源、波分复用器、增益光纤、偏振无关隔离器、偏振控制器，单模传输光纤、输出耦合器以及上述可饱和吸收体二硒化钯复合材料；
所述激光泵浦源、所述波分复用器的第一输入端、所述增益光纤、所述偏振无关隔离器、所述偏振控制器、所述输出耦合器的75％输出端、所述可饱和吸收体、所述单模传输光纤依次相连，所述单模传输光纤与所述波分复用器的第二输入端连接，形成环形谐振腔。
优选的，环形谐振腔的腔长约为21.0m。
优选的，所述增益光纤为掺饵增益光纤。
优选的，所述掺饵增益光纤的长度为50cm。
优选的，所述激光泵浦源为波长为980nm的半导体激光源；
所述波分复用器的中心波长为980～1550nm。
综上所述，本申请提供了一种可饱和吸收体二硒化钯复合材料及其制备方法和被动锁模激光器；其中，可饱和吸收体二硒化钯复合材料，包括可饱和吸收体二硒化钯纳米片和有机包覆层，有机包覆层包覆可饱和吸收体二硒化钯纳米片，将可饱和吸收体二硒化钯复合材料放置在脉冲激光器中的腔体中，可以起到幅度自调制的作用，抑制激光器连续波，实现脉冲纳秒输出，且脉冲序列周期均匀，信噪比高达59.27dB，频率为9.20MHZ，这说明基于可饱和吸收体二硒化钯复合材料的锁模光纤激光器能输出稳定性良好，从而解决现有可饱和吸收体材料SESAM稳定性不够优越，不能满足被动锁模激光器应用的技术问题。
附图说明
为了更清楚地说明本申请具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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，下面描述中的附图是本申请的一些实施方式，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获得其他的附图。
图1为本申请实施例提供的二硒化钯材料的X射线衍射图和拉曼光谱图；
图2为本申请实施例提供的二硒化钯材料的原子力显微镜图；
图3为本申请实施例提供的二硒化钯材料的透射电镜图，X射线能谱图，区域的电子衍射图和高分辨率透射电镜图；
图4为包括本申请提供的可饱和吸收体二硒化钯复合材料的光纤激光器示意图；
图5为包括本申请实施例提供的可饱和吸收体二硒化钯复合材料的光纤激光器的锁模脉冲序列，脉冲射频谱，宽带频谱图；
图6为包括本申请实施例提供的可饱和吸收体二硒化钯复合材料的光纤激光器的输出光谱图；
图7为包括本申请实施例提供的可饱和吸收体二硒化钯复合材料的光纤激光器的基频锁模脉冲序列截图和二次谐波锁模脉冲序列截图。
具体实施方式
本申请提供了一种可饱和吸收体二硒化钯复合材料及其制备方法和被动锁模激光器，用于解决现有可饱和吸收体材料SESAM稳定性不够优越，不能满足被动锁模激光器应用的技术问题。
下面将结合附图对本申请的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
实施例1
本申请实施例1提供了一种可饱和吸收体二硒化钯复合材料的制备方法，制备方法包括以下步骤：
步骤1、将100mg的二硒化钯粉末与等体积的酒精和去离子水混合后进行超声，得到二硒化钯悬浮液；
步骤2，将步骤1得到的二硒化钯悬浮液放入离心机，以5000转/分钟的转速离心15min，得到二硒化钯纳米片悬浮液；
步骤3、将体积比为1：2的二硒化钯纳米片悬浮液与聚乙烯醇溶液在塑料培养皿中剧烈搅拌，得到二硒化钯纳米片/聚乙烯醇溶液；
步骤4、将二硒化钯纳米片/聚乙烯醇溶液放置在空气中干燥24小时，得到可饱和吸收体二硒化钯复合材料。
其中，步骤1中，溶剂酒精和去离子水都为50ml，超声频率为40KHZ，功率为300w，时间为10h，温度为30℃；步骤3中，二硒化钯纳米片悬浮液与聚乙烯醇溶液的体积都为2ml和4ml，聚乙烯醇溶液中聚乙烯醇的质量分数为4wt％。
实施例2
本申请实施例2为对实施例1提供的二硒化钯纳米片进行表征，结果如图1-3所示。
其中，图1-a所示二硒化钯的X射线衍射图像与标准的PDF#72-1197卡片对比有着很好的匹配度，说明原料确为二硒化钯，具有良好的纯净性，图1-b拉曼光谱测量结果显示该二硒化钯纳米片在100-300cm-1波数范围内存在四个特征峰，分别为143.6cm-1、204.6cm-1、221.1cm-1、255.1cm-1，对应于震动模Ag1、Ag2、Bg1、Ag3；为进一步分析二硒化钯纳米片的尺寸，还对二硒化钯纳米片进行原子力显微镜分析，其结果如图2所示，从图2-a可以看到整个制备的纳米片横向尺寸相对较小且较均匀，其中三个典型的二硒化钯纳米片高度被统计在图2-b图中，分别为7.75nm、11.51nm和14.53nm，图2-c图则给出二硒化钯纳米片厚度的统计分布结果，可以清楚地看出，该样品厚度基本都在15nm以下，只存在少量15nm-45nm的薄片，平均厚度约为7.83nm与图2-b图所示二硒化钯纳米片高度符合较好。
实施例3
本申请实施例3提供了可饱和吸收体二硒化钯复合材料的应用例，具体应用为将可饱和吸收体二硒化钯复合材料通过光纤跳线待接入光路中，然后激光泵浦源、波分复用器、增益光纤、偏振无关隔离器、偏振控制器，单模传输光纤、输出耦合器组成被动锁模激光器，其结构如图4所示。
其中，激光泵浦源为980nm的半导体激光器，波分复用器的中心波长为980～1550nm，波分复用器包括第一输入端和第二输入端，输出耦合器包括75％输出端和25％输出端，所述激光泵浦源、波分复用器的第一输入端、增益光纤、偏振无关隔离器、偏振控制器、输出耦合器的75％输出端、可饱和吸收体、单模传输光纤(SMF-28e)依次相连，所述单模光纤与所述波分复用器的第二输入端连接，形成环形谐振腔。在输出耦合器25输出端连接相关仪器来测量光纤激光器的激光输出特性。
进一步的，对锁模光纤激光器进行锁模测试，锁模测试过程中，首先未将可饱和吸收体二硒化钯复合材料薄膜插入其中以观察所搭建光路是否存在自锁模的现象，在调节偏振控制器之后，并未从示波器观察到任何锁模信号，因此确定光路中无自锁模现象存在。
在确定光路中无自锁模现象存在后，待可饱和吸收体二硒化钯复合材料薄膜插入光路中，并调整腔内的偏振态和泵浦功率，成功地实现了基频的锁模操作，再进一步增加泵浦功率，从示波器上观察到了二次谐波锁模信号；其结果如图5所示，其中，图5a-c为基频锁模特点，从图5a图可以看到稳定的锁模脉冲序列，锁模周期约为108.6ns，对应重复频率9.20MHz，这与整个光路的腔长21.5m是匹配的，图5b图则展示了该锁模信号的基频频谱，其信噪比高达59.27dB，表明了信号超强的稳定性，同时图5c图中0-100MHz范围内的宽带频谱进一步验证了该结论，由此可见基于二可饱和吸收体二硒化钯复合材料的锁模光纤激光器能输出稳定性良好的脉冲，因此，基于二可饱和吸收体二硒化钯复合材料的锁模光纤激光器，信噪比高达59.27dB，频率为9.20MHZ，这说明基于可饱和吸收体二硒化钯复合材料的锁模光纤激光器能输出稳定性良好，从而解决现有可饱和吸收体材料SESAM稳定性不够优越，不能满足被动锁模激光器应用的技术问题。
以上各实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的范围。
Claims (10)
1.一种可饱和吸收体二硒化钯复合材料，其特征在于，包括二硒化钯纳米片和有机包覆层；
所述有机包覆层包覆在所述二硒化钯纳米片表面。
2.根据权利要求1所述的一种可饱和吸收体二硒化钯复合材料，其特征在于，所述有机包覆层为聚乙烯醇。
3.权利要求1-2任一项所述的一种可饱和吸收体二硒化钯复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、将含有二硒化钯粉体的混合溶液进行超声，得到二硒化钯悬浮液；
步骤2、将二硒化钯悬浮液进行离心，得到含有二硒化钯纳米片悬浮液；
步骤3、将二硒化钯纳米片悬浮液与聚乙烯醇溶液进行搅拌，得到二硒化钯纳米片/聚乙烯醇混合液；
步骤4、将二硒化钯纳米片/聚乙烯醇混合液在室温下进行干燥，得到可饱和吸收体二硒化钯复合材料。
4.根据权利要求3所述的一种可饱和吸收体二硒化钯复合材料的制备方法，其特征在于，步骤1中，所述超声的频率为40KHZ，功率为300w，时间为10h。
5.根据权利要求3所述的一种可饱和吸收体二硒化钯复合材料的制备方法，其特征在于，步骤2中，所述离心转速为5000rbm/min，时间为10～20min，温度为30℃。
6.根据权利要求3所述的一种可饱和吸收体二硒化钯复合材料的制备方法，其特征在于，步骤3中，所述二硒化钯悬浮液与聚乙烯醇溶液的体积比为1:2；所述聚乙烯醇溶液中聚乙烯醇的质量分数为4wt％。
7.根据权利要求3所述的一种可饱和吸收体二硒化钯复合材料的制备方法，其特征在于，步骤4中，所述干燥时间为12～36h。
8.一种被动锁模激光器，其特征在于，包括激光泵浦源、波分复用器、增益光纤、偏振无关隔离器、偏振控制器，单模传输光纤、输出耦合器以及权利要求1-2任一项所述的制备方法制备得到的可饱和吸收体二硒化钯复合材料或权利要求3-7所述的可饱和吸收体二硒化钯复合材料；
所述激光泵浦源、所述波分复用器的第一输入端、所述增益光纤、所述偏振无关隔离器、所述偏振控制器、所述输出耦合器的75％输出端、所述可饱和吸收体、所述单模传输光纤依次相连，所述单模传输光纤与所述波分复用器的第二输入端连接，形成环形谐振腔。
9.根据权利要求8所述的一种被动锁模激光器，其特征在于，所述环形谐振腔的腔长约为21.0m。
10.根据权利要求8所述的一种被动锁模激光器，其特征在于，所述激光泵浦源为波长为980nm的半导体激光源；
所述波分复用器的中心波长为980～1550nm。
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2022
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Patent Citations (7)
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