[发明专利]一种黑磷可饱和吸收体及基于黑磷可饱和吸收体的激光器

说明书

技术领域

本发明属于光纤激光器技术领域，具体涉及一种黑磷可饱和吸收体及基于黑磷可饱和吸收体的调Q、锁模全光纤激光器。

背景技术

黑磷作为直接带隙的新型二维材料，其结构类似于石墨烯的片状结构(波形层状结构)，单原子层黑磷的带隙为1.8eV，多原子层黑磷的带隙为0.3eV，可以通过改变黑磷的层数来调节其带隙，填补了其他二维材料能隙在近红外波段的空白，成为不同材料之间能隙的连接桥梁，黑磷的能隙意味着它可以吸收0.6μm到4.1μm波长范围的光，由于其独特的带隙结构使其具有优异的材料特性，目前广泛应用于光电子学、光子学及非线性光学的研究中，适用于从可见光到中红外波段的激光器。多层黑磷的窄间隙特性使得它非常适合做可饱和吸收体(saturable absorber,SA)，相比碳纳米管而言，它可以实现更宽波段的吸收；相比石墨烯的零带隙和过渡金属硫化物的大的能带带隙而言，它有更大的共振吸收(20％-30％)。因此，黑磷有潜力替代半导体饱和吸收镜(semiconductor saturable absorber mirror,SESAM)成为超短脉冲光纤激光器和固体激光器中的超宽带可饱和吸收材料。

目前，均采用将黑磷纳米片涂敷在光纤跳线头的方法制备可饱和吸收体，这种技术形成的可饱和吸收体稳定性差、插入损耗大，同时与光相互作用时间短，达不到可饱和吸收体饱和通量值导致无法启动锁模实现1μm全光纤脉冲激光器。

发明内容

针对现有制备技术的缺陷和不足，本发明的目的在于提供了一种黑磷可饱和吸收体及基于黑磷可饱和吸收体的激光器，解决了目前采用黑磷作为可饱和吸收体无法实现全光纤结构的1μm调Q、锁模脉冲输出的问题。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案予以实现：

一种黑磷可饱和吸收体，包括光纤和黑磷，所述的光纤设有锥区，所述的黑磷平铺在光纤的锥区。

基于黑磷可饱和吸收体的调Q、锁模全光纤激光器，包括激光二极管泵浦源、波分复用器、增益光纤、偏振控制器、光隔离器和输出耦合器，所述的输出耦合器包括10％输出端口和90％输出端口；还包括权利要求1所述的黑磷可饱和吸收体，所述的波分复用器、增益光纤、偏振控制器、黑磷可饱和吸收体、光隔离器、输出耦合器的90％输出端口分别首尾顺次连接，所述的激光二极管泵浦源连接在波分复用器的输入端。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明采用光纤为导波介质，将光纤熔融拉锥，再将机械剥离获得的黑磷纳米片平铺在拉锥光纤锥区，黑磷可以与光纤激光器完全兼容，保证被动调Q、锁模脉冲光纤激光器的全光纤结构具有极低的插入损耗，同时提高了作用长度和可饱和吸收体的调制深度，实现了光束质量好、输出功率高、结构紧凑、性能稳定可靠的1μm调Q、锁模脉冲全光纤激光器。

附图说明

图1为本发明的激光器的结构示意图。

图2是本发明的黑磷可饱和吸收体的结构放大图，(a)为黑磷平铺在锥区，(b)为黑磷纳米片平铺在微光纤区。

图3黑磷饱和吸收体饱和吸收特性测量图。

图4是基于黑磷可饱和吸收体调Q脉冲光纤激光器脉冲序列输出。

图5是脉冲宽度和重复频率随泵浦功率的变化曲线。

图6是本发明的调Q激光器的输出频谱图。

图中各标号的含义：1-激光二极管泵浦源，2-波分复用器，3-增益光纤，4-偏振控制器，5-黑磷可饱和吸收体，(5-1)-拉锥光纤，(5-2)-黑磷，6-光隔离器，7-输出耦合器，8-石英衬底。

以下结合实施例对本发明的具体内容作进一步详细解释说明。

具体实施方式

本发明的主要思想是：针对现有方法制备黑磷可饱和吸收体时，将黑磷涂覆在光纤端面形成的可饱和吸收体稳定性差、插入损耗大，同时与光相互作用时间短，本发明主要通过将黑磷平铺在拉锥光纤锥区表面，使光纤入射到黑磷可饱和吸收体的光以倏逝场的方式与表面的黑磷耦合，实现基于黑磷可饱和吸收体的调Q、锁模脉冲光纤激光输出。

本发明的黑磷可饱和吸收体，包括光纤5-1和黑磷5-2，光纤设有锥区，所述的锥区为光纤熔融拉锥后形成的锥形区域，如图1所示，黑磷平铺在整个锥区，黑磷的大小保证覆盖整个纤维的锥区即可。

本发明的黑磷可饱和吸收体制备的具体过程为：使用机械剥离的方法获得黑磷纳米片，然后黑磷纳米片转移到聚二甲基硅氧烷(PDMS)膜表面。通过两片分布黑磷纳米片的PDMS膜夹持拉锥光纤的锥区，形成PDMS膜—黑磷—光纤—黑磷—PDMS膜的三明治结构，即得到黑磷饱和吸收体；