[发明专利]一种二维材料异质结可饱和吸收镜及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于激光技术领域，尤其涉及一种二维材料异质结可饱和吸收镜及其制备方法。

背景技术

利用被动锁模技术是光纤激光器实现超快脉冲输出的一种有效途径，而被动锁模的关键技术是光纤激光器谐振腔中需要具备可饱和吸收效应。目前，研究人员已经利用多种可饱和吸收效应在光纤激光器中获得被动锁模超快脉冲输出。一般来说，为了克服光纤激光锁模环境不稳定的缺点，研究人员通常采用半导体可饱和吸收镜(SESAM)来实现光纤激光器锁模超快脉冲输出。

然而，由于商用SESAM价格昂贵、制作工艺复杂、可饱和吸收带宽窄、一般仅支持皮秒级别的脉冲输出，并且损伤阈值也较低，所以也不适用于全方位研究超快光纤激光器的动力学特性。一般来说，商用SESAM具体特定的可饱和吸收特性，其调制深度，可饱和吸收带宽，饱和光强具有固定的工作值，无法通过外部变量对这些参数进行调节，这也限制了SESAM在不同工作波长的应用。

因此，研制出成本低廉、工艺简单、高性能，可饱和吸收特性可调谐的可饱和吸收体一直是超快激光物理领域追求的目标，而现有技术中尚无此相关技术的报道。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种二维材料异质结可饱和吸收镜及其制备方法、脉冲光纤激光器，旨在解决现有技术中所采用的商用SESAM价格昂贵、制作工艺复杂、可靠性低的缺陷。

本发明是这样实现的，一种二维材料异质结可饱和吸收镜，包括刻蚀有电极的基底、覆盖在所述基底上的金膜层及覆盖在所述金膜层上的原子层级二维材料p-n结薄膜；

所述二维材料异质结可饱和吸收镜还包括可调直流电源，所述可调直流电源与所述电极连接。

进一步地，所述金膜层的厚度为30-300nm。

进一步地，所述原子层级二维材料p-n结薄膜由不同能带带隙的原子层级二维p型和n型半导体材料叠加而成。

进一步地，所述p型半导体材料和n型半导体材料包括硒化铟，二硫化钨、二硒化钨、二硫化钼、二硒化钼、二碲化钨、二碲化钼、二硫化铪、二硒化铪、二硒化锆、二硫化锆、二硒化铼、二硫化铼、二硫化锡和二硒化锡。

进一步地，所述二维材料异质结可饱和吸收镜还包括封装保护层，所述封装保护层覆盖在所述原子层级二维材料p-n结薄膜上。

本发明还提供了一种二维材料异质结可饱和吸收镜的制备方法，包括以下步骤：

在基底上刻蚀两个对称的电极，然后将所述基底及金靶材置于真空室中；

将所述金靶材表面电离化，产生金的等离子体，利用磁控溅射沉积法将所述金的等离子体沉积在所述基底上形成金膜层，通过控制沉积时间使所述金膜层达到所需厚度；

将所述基底的所述电极的位置上的金膜溶解，制备得到刻有电极的金膜层；

将不同能带带隙的原子层级二维p型和n型半导体材料转移到所述刻有电极的金膜层上形成原子层级二维材料p-n结薄膜，获得二维材料异质结可饱和吸收镜。

进一步地，所述制备方法还包括：

使用六角氮化硼对所述二维材料异质结可饱和吸收镜进行封装，获得封装保护层。

本发明还提供了一种脉冲光纤激光器，所述脉冲光纤激光器包括顺次连接的半导体泵浦激光器、光学波分复用器、增益光纤、光学耦合器、光隔离器、光学环形器及上述所述的二维材料异质结可饱和吸收镜，且所述光学环形器与所述光学波分复用器连接，形成环形腔结构；其中，所述光隔离器用于隔离锁模后的激光，仅允许锁模后的激光在所述脉冲光纤激光器内单向输出；

所述半导体泵浦激光器产生的泵浦光经所述光学波分复用器耦合后进入所述增益光纤产生锁模所需要的激光脉冲并对所述激光脉冲进行放大；

所述光学耦合器将放大后的所述激光脉冲的一部分输出到腔外而将另一部分输出至所述光学环形器，进入所述光学环形器的激光脉冲被耦合后进入所述异质结可饱和吸收镜进行锁模，锁模后的激光脉冲再经所述光学环形器返回至所述光学波分复用器，然后经所述增益光纤锁模放大后再通过所述光学耦合器输出脉冲激光。

进一步地，所述脉冲光纤激光器还包括偏振控制器，其位于所述光隔离器与所述光学环形器之间，偏振控制器用于控制所述脉冲光纤激光器内的激光的偏振状态。