一種超低閾值鎖模光纖激光器及可飽和吸收體的制備方法

本發明涉及激光的，尤其涉及一種超低閾值鎖模光纖激光器及可飽和吸收體的制備方法。

背景技術：

1、超低閾值功率的光纖激光器對于實現用于傳感和測距等功能的超低功耗的脈沖激光源至關重要，用于傳感和測距等功能的光纖激光器需要具有低功耗、穩定性強的、小型化的特點。實現光纖激光器的超短脈沖的一種方法是引入可飽和吸收體，常用做可飽和吸收體的材料有一維單壁碳納米管、二維石墨烯和類石墨烯材料，如：wte2、bi2te3和黑磷等，但是由于碳納米管的損傷閾值較低、石墨烯的光吸收能力較弱以及黑磷在空氣中不穩定等問題限制了其作為可飽和吸收體的進一步發展。

2、眾所周知，可飽和吸收體的調制深度越高，鎖模泵閾值越低。近年來，以硫化鉛(pbs)量子點為代表的零維量子點材料表現出優異的光電性能，在增強光與物質相互作用和提高調制深度方面具有顯著的優勢，在已公開的實驗中測得基于硫化鉛量子點的可飽和吸收體調制深度高達44.5％，是獲得低閾值鎖模的理想材料。然而，硫化鉛量子點在氧氣和水的暴露下會削弱電子和光學特性，這嚴重阻礙了硫化鉛量子點的實際應用。因此，提出本發明作為復合材料的聚苯乙烯-硫化鉛量子點可飽和吸收體，涂覆聚合物可以減少材料對環境的暴露，從而有效地保持其結構完整性和防止性能退化。

技術實現思路

1、本部分的目的在于概述本發明的實施例的一些方面以及簡要介紹一些較佳實施例。在本部分以及本申請的說明書摘要和發明名稱中可能會做些簡化或省略以避免使本部分、說明書摘要和發明名稱的目的模糊，而這種簡化或省略不能用于限制本發明的范圍。

2、鑒于上述現有光纖激光器存在功耗較高的問題，提出了本發明。

3、因此，本發明目的是提供一種超低閾值鎖模光纖激光器，其目的在于：通過設置的泵浦源和環形激光諧振腔，使得光纖激光器的功耗底、穩定性強和小型化，具有傳感和測距的功能。

4、為解決上述技術問題，本發明提供如下技術方案：其中，包括泵浦源和諧振腔，所述泵浦源設置有兩個，且為hi1060單模光纖耦合的半導體激光器，中心波長為980納米；

5、所述諧振腔為一個環形激光諧振腔，包括波分復用器、第一光纖、偏振無關隔離器、輸出耦合器、聚苯乙烯-硫化鉛量子點可飽和吸收體和第二光纖。

6、作為本發明所述超低閾值鎖模光纖激光器的一種優選方案，其中：所述波分復用器包括兩個工作波段和一個公共端a，一個波段是980納米端b，另一個是1550納米端c，尾纖型號為ofs980，所述波分復用器的公共端a與所述第一光纖的一端連接，所述波分復用器的980納米端b分別與所述泵浦源連接，所述波分復用器的1550納米端c分別與所述偏振無關隔離器的輸入端，以及與所述輸出耦合器的70％輸出端連接。

7、作為本發明所述超低閾值鎖模光纖激光器的一種優選方案，其中：所述第一光纖為摻鉺光纖，是所述諧振腔的增益介質，型號為edfc-980-hp，所述泵浦源的中心波長對應所述第一光纖的泵浦吸收峰。

8、作為本發明所述超低閾值鎖模光纖激光器的一種優選方案，其中：所述偏振無關隔離器為單向傳輸激光，通過調節泵浦源輸出穩定的鎖模脈沖。

9、作為本發明所述超低閾值鎖模光纖激光器的一種優選方案，其中：所述輸出耦合器的輸出端有兩個，其光功率的比值為70：30，其中70％輸出端連接所述諧振腔，30％輸出端用于數據監測。

10、作為本發明所述超低閾值鎖模光纖激光器的一種優選方案，其中：所述聚苯乙烯-硫化鉛量子點可飽和吸收體的一端與所述偏振無關隔離器的輸出端連接，另一端與所述第二光纖的一端連接，所述第二光纖的另一端與所述輸出耦合器的輸入端連接。

11、作為本發明所述超低閾值鎖模光纖激光器的一種優選方案，其中：所述第二光纖為單模光纖，所述泵浦源、波分復用器、第一光纖、偏振無關隔離器、輸出耦合器、聚苯乙烯-硫化鉛量子點可飽和吸收體、以及第二光纖之間均通過所述第二光纖連接。

12、本發明的超低閾值鎖模光纖激光器的有益效果：能夠在超低功率的泵浦光功率下，實現穩定的自啟動鎖模，對于實現用于傳感和測距等功能的超低功耗的緊湊型脈沖激光源至關重要。

13、鑒于在實際使用過程中，還存在普通的硫化鉛量子點可飽和吸收體在氧氣和水的暴露下會削弱電子和光學特性的問題。

14、因此，本發明的另一個目的是提供一種可飽和吸收體的制備方法，其目的在于：選用聚苯乙烯復合材料與硫化鉛量子點相結合，制備出聚苯乙烯-硫化鉛量子點薄膜，其相容性較好并且在空氣中表現出超強的穩定性。

15、作為本發明所述可飽和吸收體的制備方法的一種優選方案，其中：所述可飽和吸收體的制備方法的具體步驟如下：將1g聚苯乙烯泡沫溶于10ml甲苯溶液中，在室溫下使用磁攪拌器攪拌10min使之完全溶解；將上述所得溶液置于離心機中，以6000r/min的速度離心6min后傾倒出上清液，重復2-3次，獲得聚苯乙烯甲苯溶液；將氧化鉛、十八烯和油酸放入三頸燒瓶內，在真空條件下加熱，并不斷攪拌至反應，制備鉛源；將硫粉和油胺混合，加熱制備硫前驅體；在氬氣環境下，將所述硫前驅體快速注入到所述鉛源的燒瓶中，經加熱反應后進行迅速冷卻至室溫，得到硫化鉛量子點；將所述硫化鉛量子點用環己烷溶液分離純化，在離心機中進行離心，然后將離心得到的硫化鉛量子點在真空環境下干燥，最后將其溶解在環己烷溶液中得到硫化鉛量子點分散液；將所述的硫化鉛量子點分散液與所述聚苯乙烯甲苯溶液混合，形成聚苯乙烯-硫化鉛量子點混合溶液；將石英片吸附在旋涂儀中，用移液槍將所述聚苯乙烯-硫化鉛量子點混合溶液轉移到石英片上，形成聚苯乙烯-硫化鉛量子點薄膜；將所述聚苯乙烯-硫化鉛量子點薄膜從石英片上脫離，并通過光纖法蘭盤將其與所述聚苯乙烯-硫化鉛量子點可飽和吸收體里的光纖跳線連接，形成基于聚苯乙烯-硫化鉛量子點的可飽和吸收體。

16、作為本發明所述可飽和吸收體的制備方法的一種優選方案，其中：所述聚苯乙烯-硫化鉛量子點混合溶液需置于超聲機中靜置10min，使量子點分布均勻。

17、作為本發明所述可飽和吸收體的制備方法的一種優選方案，其中：所述聚苯乙烯-硫化鉛量子點混合溶液在旋涂儀上以1000r/min的轉速，進行旋涂20s，使聚苯乙烯-硫化鉛量子點從溶液狀態到薄膜狀態。

18、本發明的可飽和吸收體的制備方法有益效果：通過涂覆聚合物可以減少材料對環境的暴露，從而有效地保持其結構完整性和防止性能退化。因此，本實驗選用聚苯乙烯復合材料與硫化鉛量子點相結合，制備出聚苯乙烯-硫化鉛量子點薄膜，其相容性較好并且在空氣中表現出超強的穩定性，可制備具有超低自啟動閾值的可飽和吸收體器件。

技術特征：

1.一種超低閾值鎖模光纖激光器，其特征在于：包括泵浦源(100)和諧振腔(200)，所述泵浦源(100)設置有兩個，且為hi1060單模光纖耦合的半導體激光器，中心波長為980納米；

2.根據權利要求1所述的超低閾值鎖模光纖激光器，其特征在于：所述波分復用器(201)包括兩個工作波段和一個公共端a，一個波段是980納米端b，另一個是1550納米端c，尾纖型號為ofs980，所述波分復用器(201)的公共端a與所述第一光纖(202)的一端連接，所述波分復用器(201)的980納米端b分別與所述泵浦源(100)連接，所述波分復用器(201)的1550納米端c分別與所述偏振無關隔離器(203)的輸入端，以及與所述輸出耦合器(204)的70％輸出端連接。

3.根據權利要求1或2所述的超低閾值鎖模光纖激光器，其特征在于：所述第一光纖(202)為摻鉺光纖，是所述諧振腔(200)的增益介質，型號為edfc-980-hp，所述泵浦源(100)的中心波長對應所述第一光纖(202)的泵浦吸收峰。

4.根據權利要求3所述的超低閾值鎖模光纖激光器，其特征在于：所述偏振無關隔離器(203)為單向傳輸激光，通過調節所述泵浦源(100)輸出穩定的鎖模脈沖。

5.根據權利要求4所述的超低閾值鎖模光纖激光器，其特征在于：所述輸出耦合器(204)的輸出端有兩個，其光功率的比值為70：30，其中70％輸出端連接所述諧振腔(200)，30％輸出端用于數據監測。

6.根據權利要求5所述的超低閾值鎖模光纖激光器，其特征在于：所述聚苯乙烯-硫化鉛量子點可飽和吸收體(205)的一端與所述偏振無關隔離器(203)的輸出端連接，另一端與所述第二光纖(206)的一端連接，所述第二光纖(206)的另一端與所述輸出耦合器(204)的輸入端連接。

7.根據權利要求6所述的超低閾值鎖模光纖激光器，其特征在于：所述第二光纖(206)為單模光纖，所述泵浦源(100)、波分復用器(201)、第一光纖(202)、偏振無關隔離器(203)、輸出耦合器(204)、聚苯乙烯-硫化鉛量子點可飽和吸收體(205)、以及第二光纖(206)之間均通過所述第二光纖(206)連接。

8.一種如權利要求1-7任一所述的超低閾值鎖模光纖激光器的可飽和吸收體的制備方法，其特征在于：所述可飽和吸收體的制備方法的具體步驟如下：

9.根據權利要求8所述的超低閾值鎖模光纖激光器的可飽和吸收體的制備方法，其特征在于：所述聚苯乙烯-硫化鉛量子點混合溶液需置于超聲機中靜置10min，使量子點分布均勻。

10.根據權利要求9所述的超低閾值鎖模光纖激光器的可飽和吸收體的制備方法，其特征在于：所述聚苯乙烯-硫化鉛量子點混合溶液在旋涂儀上以1000r/min的轉速，進行旋涂20s，使聚苯乙烯-硫化鉛量子點從溶液狀態到薄膜狀態。

技術總結
本發明公開了一種超低閾值鎖模光纖激光器及可飽和吸收體的制備方法，超低閾值鎖模光纖激光器包括泵浦源和諧振腔，所述泵浦源設置有兩個，且為Hi1060單模光纖耦合的半導體激光器；所述諧振腔為一個環形激光諧振腔，包括波分復用器、第一光纖、偏振無關隔離器、輸出耦合器、聚苯乙烯?硫化鉛量子點可飽和吸收體和第二光纖；以及可飽和吸收體的制備方法，將制備的聚苯乙烯?硫化鉛量子點薄膜從石英片上脫離，并通過光纖法蘭盤將其與光纖跳線連接，形成所述聚苯乙烯?硫化鉛量子點可飽和吸收體；通過制備出聚苯乙烯?硫化鉛量子點薄膜，其相容性較好并且在空氣中表現出超強的穩定性，且能夠在超低閾值的泵浦光功率下，實現穩定的自啟動鎖模。

技術研發人員：丁晨,云靈,丁永旗,劉曉東,朱利軍,葉凡,余柯涵,張祖興
受保護的技術使用者：南京郵電大學
技術研發日：
技術公布日：2024/1/13