CN116979357A - 一种外尔半金属量子点可饱和吸收体及其制备方法和光纤激光器 - Google Patents
一种外尔半金属量子点可饱和吸收体及其制备方法和光纤激光器 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及光纤激光器技术领域，特别涉及一种外尔半金属量子点可饱和吸收体及其制备方法和光纤激光器。本发明提供了一种外尔半金属量子点可饱和吸收体，包括：NbP量子点和拉锥光纤，所述NbP量子点材料附着在所述拉锥光纤锥区；本发明采用NbP量子点制备可饱和吸收体，该外尔半金属量子点可饱和吸收体应用在光纤激光器中，能对激光光束锁模提供一个稳定的、性能良好的激光输出。
Description
技术领域
本发明涉及光纤激光器技术领域，特别涉及一种外尔半金属量子点可饱和吸收体及其制备方法和光纤激光器。
背景技术
超快光纤激光器具有结构简单紧凑、散热性好、光束质量高等优势，因此，在国防军事，工业加工，生物医疗、信息通讯等方面得到广泛研究与应用。在超快激光实际应用中，还需要达到在极短时间内释放能量，现有技术中的锁模超短脉冲激光与这个要求非常契合，并且其构造简单、便携性好、维护简单、出光性能稳定，已经成为各行各业都在使用的高科技工具。锁模超短脉冲激光器主要有主动锁模、被动锁模、同步泵浦锁模等，其中，主动锁模是在激光谐振腔中插入一个调制器，利用外部信号对谐振腔内振荡膜的相位或振幅进行调制以达到短脉冲输出的目的，但是主动锁模的成本高且结构复杂；相比于主动锁模，被动锁模稳定性强、功率高、成本低受到了越来越多人的重视。
被动锁模是在谐振腔中引入非线性器件，也就是本申请中的可饱和吸收体，利用可饱和吸收体的饱和吸收特性，对腔内的模进行调制，使振荡的模彼此之间保持一个恒定的相位差。被动锁模包括非线性偏振旋转锁模、非线性光环形镜锁模、半导体可饱和吸收镜锁模和基于材料可饱和吸收体锁模等技术。
现有技术中的可饱和吸收材料主要选用石墨烯、碳纳米管、黑鳞，过渡金属硫族化合物等，其具备制备简单，成本低、易于集成，工作波段长等优点，但这些材料制备的可饱和吸收体应用于光纤激光器中时，还存在稳定性差的缺陷。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种外尔半金属量子点可饱和吸收体及其制备方法和光纤激光器，该外尔半金属量子点可饱和吸收体应用在光纤激光器中，能对激光光束锁模提供一个稳定的、性能良好的激光输出。
本发明第一方面提供了一种外尔半金属量子点可饱和吸收体，包括：NbP量子点和拉锥光纤；
所述NbP量子点材料附着在所述拉锥光纤锥区。
优选地，所述NbP量子点的厚度小于10nm。
本发明第二方面提供了一种外尔半金属量子点可饱和吸收体的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：使用单模光纤熔融拉锥制备得到拉锥光纤；
步骤2：将NbP量子点溶液滴到拉锥光纤上，待有机溶剂挥发之后，使得NbP量子点沉积在所述拉锥光纤锥区，得到外尔半金属量子点可饱和吸收体。
优选地，所述NbP量子点溶液的制备方法，包括以下步骤：
S1：将NbP粉末加入有机溶剂中，进行超声处理得到悬浮液；
S2：将所述悬浮液进行离心，得到的上层清液为NbP量子点溶液。
优选地，所述NbP粉末与所述的比为95～105mg：45～55ml。
优选地，所述超声的频率表为30～50KHz；
所述超声的功率保持在250～350w。
优选地，所述超声的温度为30℃以下；
所述超声的时长为8～10小时。
优选地，所述离心的转速为10000rmp，所述离心的时长为20min。
优选地，所述有机溶剂为无水乙醇。
本发明第三方面提供了一种光纤激光器，包括：半导体激光器、波分复用器、掺铒光纤、偏振无关光隔离器、三环控制偏振器、输出耦合器、上述的外尔半金属量子点可饱和吸收体；
所述波分复用器包括第一输入端和第二输入端；
所述半导体激光器、所述波分复用器的第一输入端、所述掺铒光纤、所述偏振无关光隔离器、所述三环控制偏振器、所述输出耦合器、所述外尔半金属量子点可饱和吸收体、所述波分复用器的第二输入端依次连接构成环形激光谐振腔。
从以上技术方案可以看出，本发明具有以下优点：
本发明提供了一种外尔半金属量子点可饱和吸收体，包括：NbP量子点和拉锥光纤，所述NbP量子点材料附着在所述拉锥光纤锥区。本发明采用NbP量子点制备可饱和吸收体，该外尔半金属量子点可饱和吸收体应用在光纤激光器中，能对激光光束锁模提供一个稳定的、性能良好的激光输出。
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性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为本发明实施例中提供的一种环形光纤激光器光路图；
图2为本发明实施例1中NbP量子点进行拉曼光谱图和XRD谱图；
图3为本发明实施例1中NbP量子点的TEM图谱和AFM图谱；
图4为本发明实施例3中光纤激光器激光输出特性图；
图5为本发明实施例3中光纤激光器的可饱和吸收特性；
图6为本发明实施例3中光纤激光器的脉冲稳定检测数据图。
图1中，①为半导体激光器，②为波分复用器，③为掺铒光纤，④为偏振无关光隔离器，⑤为三环控制偏振器，⑥为输出耦合器，⑦为外尔半金属量子点可饱和吸收体，⑧为单模光纤；
图2中，(a)部分为拉曼光谱图，(b)部分为XRD图谱；
图3中，(a)部分是低倍率下TEM图谱，(b)部分是高倍率TEM图谱，(c)部分是AFM图谱；
图4中，(a)部分为输出的脉冲序列，(b)部分为0-1G下的宽带频谱，(c)部分是基频频谱，(d)部分是3dB带宽单脉冲光谱；
图5中，(a)部分是通过双臂探测法测量的可饱和吸收特性图；(b)部分为高斯拟合后的自相关曲线图。
具体实施方式
在本申请的描述中，需要说明的是，术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体之间存在任何这种实际的关系或者顺序。除非另有明确的规定和限定，术语“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，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。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，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，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供了一种外尔半金属量子点可饱和吸收体，该可饱和吸收体应用于光纤激光器中能提高光纤激光器的稳定性。
本发明实施例提供的一种外尔半金属量子点可饱和吸收体，包括：NbP量子点和拉锥光纤，所述NbP量子点材料附着在所述拉锥光纤锥区。在本实施例中，将NbP量子点材料附着在拉锥光纤上形成可饱和吸收体，该可饱和吸收体能通过单模光纤连接于光纤激光器中进行锁模。具体的，光纤激光器光路图如图1所示，外尔半金属量子点可饱和吸收体⑦的两端分别与波分复用器②、输出耦合器⑥连接，使得可饱和吸收体放入到光纤激光器中进行锁模，能提高光纤激光器的稳定性。
进一步的，本发明还结合了现有技术中的原材料提供了一些具体实施例，如下所示。
以下实施例所用原料或试剂均为市售或自制。
实施例1
本实施例提供了一种NbP量子点，制备方法如下：
S1：取100mg的NbP粉末倒入50ml无水乙醇溶液中得到混合溶液。其中，无水乙醇的浓度为99.5％。将上述的混合溶液进行水浴超声处理8个小时，其中保持超声的频率保持在40KHZ，功率保持在300w，整个过程温度保持在30摄氏度以下。超声处理后得到悬浮液。
S2：将S1中制备的悬浮液放入离心机，在10000rmp下离心20min，得到NbP量子点。
将NbP量子点进行拉曼光谱测和XRD测试，得到的谱图如图2所示。图2中(a)部分为拉曼光谱图，从图中可知NbP量子点在185.7cm-1、260.2cm-1、333.4cm-1和375.7cm-1处存在特征峰。图2中(b)部分为XRD图谱，从图中可知实施例1制备的产物特征峰和PDF#17-0882卡片的结果完全吻合，说明本申请制备的确为NbP量子点。
将实施例1制备的NbP量子点材料进行表征，得到的TEM图谱如图3所示。图3中(a)部分是低倍率下TEM图谱，(b)部分是高倍率图谱，可知，晶格间距测量值约为0.215nm。图3中(c)部分是AFM图谱，可知，实施例1制备的NbP量子点厚度均在10nm以下。
实施例2
本实施例提供了一种外尔半金属量子点可饱和吸收体，制备方法如下：
步骤1：取一段60cm的单模光纤，型号为SMF-28e，经过剥离包覆层后熔融拉锥，拉锥长度为8mm。
步骤2：取2ml实施例1制备的NbP量子点溶液滴入到上述拉锥光纤上，并放置静待无水乙醇挥发完成，让制备的量子点材料附着在拉锥光纤锥区，得到NbP量子点可饱和吸收体。
实施例3
本实施例提供了一种光纤激光器，如图1所示，光纤激光器包括：半导体激光器①、波分复用器②、掺铒光纤③、偏振无关光隔离器④、三环控制偏振器⑤、输出耦合器⑥、实施例2制备的NbP量子点可饱和吸收体⑦。
其中，波分复用器包括第一输入端和第二输入端；半导体激光器①、波分复用器②的第一输入端、掺铒光纤③、偏振无关光隔离器④、三环控制偏振器⑤、输出耦合器⑥、NbP量子点可饱和吸收体⑦、波分复用器②的第二输入端依次连接构成环形激光谐振腔。
进一步的，半导体激光器①、波分复用器②、掺铒光纤③、偏振无关光隔离器④、三环控制偏振器⑤、输出耦合器⑥、NbP量子点可饱和吸收体⑦之间的连接均采用单模光纤⑧。
具体的，本实施中的半导体激光器可以产生980nm波长的泵浦光。波分复用器的规格为980/1550nm，能将产生的泵浦光耦合到光路的环形腔当中。掺铒光纤的长度为100m，作为光路中的增益介质。偏振无关光隔离器是用于保证光脉冲的单向传输。三环控制偏振器是通过旋转环的角度来调整光路中光脉冲的偏振态。输出耦合器OC，分光比为90％和10％，将90％的光分配到光路中继续泵浦，10％的光分配到示波器上显示。
将本实施例的光纤激光器进行性能测试，结果如图4至图6所示。
图4为光纤激光器的激光输出特性图，从图4中(a)部分输出的脉冲序列，可知，该锁模序列的周期约为47.76ns；从图4中(b)部分0-1G下的宽带频谱，(c)部分基频频谱，可知，信噪比约为55dB，中心频率为20.98MHz；从图4中(d)部分是3dB带宽单脉冲光谱，中心频率在1569.43nm，半高宽为5.73nm，表明锁模脉冲序列输出稳定。
图5为光纤激光器的可饱和吸收特性，从图5中(a)部分是通过双臂探测法测量的可饱和吸收特性图，可知，调制深度为3.76％，饱和光强为2.21Kw/cm2；从图5中(b)部分为高斯拟合后的自相关曲线图，可知，脉冲持续时间为831.1fs，说明本实施例的激光器能够输出超短脉冲序列，且输出稳定性良好。
图6为光纤激光器的脉冲稳定检测数据图，从图中可知，光纤激光器的脉冲稳定性好。
以上对本发明所提供的一种外尔半金属量子点可饱和吸收体及其制备方法和光纤激光器进行了详细介绍，对于本领域的一般技术人员，依据本发明实施例的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (10)
1.一种外尔半金属量子点可饱和吸收体，其特征在于，包括：NbP量子点和拉锥光纤；
所述NbP量子点材料附着在所述拉锥光纤锥区。
2.根据权利要求1所述的外尔半金属量子点可饱和吸收体，其特征在于，所述NbP量子点的厚度小于10nm。
3.一种权利要求1或2所述的外尔半金属量子点可饱和吸收体的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：使用单模光纤熔融拉锥制备得到拉锥光纤；
步骤2：将NbP量子点溶液滴到拉锥光纤上，待有机溶剂挥发之后，使得NbP量子点沉积在所述拉锥光纤锥区，得到外尔半金属量子点可饱和吸收体。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述NbP量子点溶液的制备方法，包括以下步骤：
S1：将NbP粉末加入有机溶剂中，进行超声处理得到悬浮液；
S2：将所述悬浮液进行离心，得到的上层清液为NbP量子点溶液。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述NbP粉末与所述的比为95～105mg：45～55ml。
6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述超声的频率表为30～50KHz；
所述超声的功率保持在250～350w。
7.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述超声的温度为30℃以下；
所述超声的时长为8～10小时。
8.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述离心的转速为10000rmp，所述离心的时长为20min。
9.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述有机溶剂为无水乙醇。
10.一种光纤激光器，其特征在于，包括：半导体激光器、波分复用器、掺铒光纤、偏振无关光隔离器、三环控制偏振器、输出耦合器和权利要求1或2所述的外尔半金属量子点可饱和吸收体；
所述波分复用器包括第一输入端和第二输入端；
所述半导体激光器、所述波分复用器的第一输入端、所述掺铒光纤、所述偏振无关光隔离器、所述三环控制偏振器、所述输出耦合器、所述外尔半金属量子点可饱和吸收体、所述波分复用器的第二输入端依次连接构成环形激光谐振腔。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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