[发明专利]基于管状和层状纳米材料混合的可饱和吸收体及其激光器

说明书

本发明公开了一种基于管状和层状纳米材料混合的可饱和吸收体及其激光器，所述可饱和吸收体包括碳纳米管‑石墨烯‑二硫化钨/聚乙烯醇薄膜、两个光纤跳头和光纤套管，碳纳米管‑石墨烯‑二硫化钨/聚乙烯醇薄膜设于其中一个光纤跳头的端面上，中间连接在光纤套管，与另一个光纤跳头的端面组成为三明治结构；由上述可饱和吸收制备的宽带超快激光器还包括：激光器包括泵浦源、三合一器件WTI、掺铒光纤EDF、色散补偿光纤DCF和单模光纤。本发明可饱和吸收体具有良好的非线性光学特性，可以长时间稳定的被动锁模，并且制备方法简单、成本低，可广泛应用于超快光子器件；本发明带宽超快激光器具有耗散孤子的锁模操作，并且锁模有优异的输出性能。

技术领域

本发明涉及可饱和吸收体及其应用，尤其涉及一种基于管状和层状纳米材料混合的可饱和吸收体及其激光器。

背景技术

超快锁模光纤激光器因其在高速光通信、激光雷达、光频梳和非线性光学等领域的应用而受到广泛研究。迄今为止，用于实现超快锁模的操作主要有主动锁模技术和被动锁模技术。与主动锁模相比，被动锁模具有环境稳定性、免对准和无需调制器的紧凑设计等特性。被动锁模技术是直接产生皮秒量级以下，兆赫兹以上重复频率的超短脉冲的最有效方法。现有被动锁模技术有NPR(非线性偏振旋转)，NALM(非线性放大环形镜)，SA(可饱和吸收体)等。而NPR被动锁模的抗干扰能力差，锁模状态易受到外界扰动而无法稳定保持，失锁后无法及时恢复易损坏器件和设备；NALM(非线性放大环形镜)由于非线性相移在环中的积累不足，导致难以实现自锁模。

目前商业上应用最广泛的可饱和吸收体是半导体可饱和吸收镜，但其存在制造工艺复杂、成本较高以及不易于光纤集成化等缺点。同时，性能上还存在工作波长范围窄(100nm)、输出能量较低、调制深度难以调控、光损伤阈值低等诸多问题。因此找到能克服半导体可饱和吸收镜缺点的可饱和吸收体材料成为了超短脉冲激光领域的急需解决的问题。

发明内容

发明目的：为了解决现有技术所存在的技术问题，本发明旨在提供一种高性能且可批量制备、稳定性好和损伤阈值高的基于管状和层状纳米材料混合的可饱和吸收体，并且本发明还提供了该基于管状和层状纳米材料混合的可饱和吸收体的制备方法；此外，本发明还提供了包含上述基于管状和层状纳米材料混合的可饱和吸收体的宽带超快光纤激光器。

技术方案：本发明所述的基于管状和层状纳米材料混合的可饱和吸收体包括碳纳米管-石墨烯-二硫化钨/聚乙烯醇薄膜、两个光纤跳头和光纤套管，所述碳纳米管-石墨烯-二硫化钨/聚乙烯醇薄膜设于其中一个光纤跳头的端面上，中间连接在光纤套管，与另一个光纤跳头的端面组成为三明治结构。

进一步地，所述碳纳米管、石墨烯和二硫化钨的质量比为7:2:1.25。

本发明所述的基于管状和层状纳米材料混合的可饱和吸收体的制备方法包括以下步骤：

(1)将碳纳米管和分散剂溶解于水中，超声处理得碳纳米管溶液；将石墨烯和分散剂溶解于水中，超声处理得石墨烯溶液；将二硫化钨溶解于溶剂中，超声处理得二硫化钨溶液；将上述碳纳米管溶液、石墨烯溶液和二硫化钨溶液混合，离心处理后得分层的混合溶液，取上层清液为碳纳米管-石墨烯-二硫化钨的混合溶液；

(2)将聚乙烯醇水溶液加入到碳纳米管-石墨烯-二硫化钨的混合溶液中，搅拌混合得到均匀的碳纳米管-石墨烯-二硫化钨/聚乙烯醇分散液；

(3)将碳纳米管-石墨烯-二硫化钨/聚乙烯醇分散液旋涂后干燥并蒸发，得半透明的碳纳米管-石墨烯-二硫化钨/聚乙烯醇薄膜；

(4)将碳纳米管-石墨烯-二硫化钨/聚乙烯醇薄膜切割为正方形片，将所得正方形片放在一个光纤跳头的端面上，中间连接在光纤套管，与另一光纤跳头端面组成一个三明治结构，即得可饱和吸收体。