一種用于可飽和吸收體的基于二維材料的量子點(diǎn)薄膜及其制備方法和在超快激光中的應(yīng)用
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種用于可飽和吸收體的基于二維材料的量子點(diǎn)薄膜，其組成成分包括量子點(diǎn)，量子點(diǎn)為石墨烯量子點(diǎn)、拓?fù)浣^緣體量子點(diǎn)、過(guò)渡金屬硫化物量子點(diǎn)和黑磷量子點(diǎn)中的至少一種，量子點(diǎn)的尺寸在100nm以下。該量子點(diǎn)薄膜的光吸收率比常規(guī)二維材料的光吸收率大一個(gè)數(shù)量級(jí)，另外，該量子點(diǎn)具備與常規(guī)二維材料一樣的可飽和吸收特性。本發(fā)明還提供了該基于二維材料的量子點(diǎn)薄膜的制備方法和應(yīng)用，當(dāng)該量子點(diǎn)薄膜應(yīng)用于超快被動(dòng)鎖模激光器時(shí)，可以根據(jù)激光器的工作波長(zhǎng)選擇不同尺寸的量子點(diǎn)，從而使量子點(diǎn)的能量帶隙與超快鎖模激光器的工作波長(zhǎng)一致。由于量子限域效應(yīng)和邊緣效應(yīng)，量子點(diǎn)材料對(duì)能帶內(nèi)的激光產(chǎn)生較強(qiáng)的吸收，提高了激光器的穩(wěn)定性。
【專利說(shuō)明】
一種用于可飽和吸收體的基于二維材料的量子點(diǎn)薄膜及其制備方法和在超快激光中的應(yīng)用
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及超快脈沖激光領(lǐng)域，具體涉及一種用于可飽和吸收體的基于二維材料的量子點(diǎn)薄膜及其制備方法和在超快激光中的應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002]在激光器中，由于被動(dòng)鎖I旲激光器可以提供尚穩(wěn)定性、尚光束質(zhì)量、尚能量的超短脈沖，因此被廣泛應(yīng)用于科研、工業(yè)、國(guó)防、環(huán)境、能源、通訊等與人們生活息息相關(guān)的領(lǐng)域，具有強(qiáng)大的應(yīng)用價(jià)值。
[0003]實(shí)現(xiàn)激光器被動(dòng)鎖模的方法主要包括可飽和吸收體被動(dòng)鎖模，目前常用的可飽和吸收體包括石墨烯、拓?fù)浣^緣體、二硫化鉬或黑磷等二維材料，雖然這些二維材料具有寬波段、小帶隙、高載流子迀移率、高表面體積比等特性，但是，它們?cè)谀承┓矫?吸收強(qiáng)度、光譜范圍、載流子動(dòng)力學(xué)等)卻存在不足，特別是光吸收率低。為了增加這些二維材料與光的相互作用強(qiáng)度，人們使用了基于D-型光纖和拉錐光纖的二維材料可飽和吸收體，從而產(chǎn)生穩(wěn)定的超短脈沖激光。但是這些結(jié)構(gòu)都伴隨著較大的插入損耗，不利于大能量、高功率超短脈沖的產(chǎn)生。另外這些結(jié)構(gòu)還不能與全固態(tài)激光器兼容。因此，如何增加二維材料與光的相互作用，以進(jìn)一步提高其非線性光學(xué)性能，并提高激光器的穩(wěn)定性、以滿足市場(chǎng)的實(shí)際應(yīng)用是亟需解決的一個(gè)問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種用于可飽和吸收體的基于二維材料的量子點(diǎn)薄膜，所述基于二維材料的量子點(diǎn)薄膜的光吸收率比常規(guī)二維材料的光吸收率大一個(gè)數(shù)量級(jí)，從而解決了常規(guī)二維材料使用時(shí)的光吸收率低等問(wèn)題，進(jìn)而提高被動(dòng)鎖模光纖激光器的穩(wěn)定性。本發(fā)明還提供了一種基于二維材料的量子點(diǎn)薄膜的制備方法以及該量子點(diǎn)薄膜在超快激光中的應(yīng)用。
[0005]本發(fā)明第一方面提供了一種用于可飽和吸收體的基于二維材料的量子點(diǎn)薄膜，其組成成分包括量子點(diǎn)，所述量子點(diǎn)為石墨烯量子點(diǎn)、拓?fù)浣^緣體量子點(diǎn)、過(guò)渡金屬硫化物量子點(diǎn)和黑磷量子點(diǎn)中的至少一種，所述量子點(diǎn)的尺寸在10nm以下。
[0006]其中，所述量子點(diǎn)的尺寸為2-100nm。
[0007]其中，所述量子點(diǎn)薄膜的組成成分還包括高分子有機(jī)化合物，所述高分子有機(jī)化合物為聚乙烯醇、聚甲基丙烯酸甲酯和聚苯乙烯中的至少一種。
[0008]本發(fā)明第一方面提供的量子點(diǎn)薄膜中含有量子點(diǎn)，由于量子點(diǎn)的量子限域效應(yīng)和邊緣效應(yīng)，量子點(diǎn)與光發(fā)生共振增強(qiáng)效應(yīng)，從而量子點(diǎn)對(duì)能帶內(nèi)的激光產(chǎn)生較強(qiáng)的吸收，因此，本發(fā)明的量子點(diǎn)薄膜光吸收率比常規(guī)二維材料的光吸收率大一個(gè)數(shù)量級(jí)，從而解決了常規(guī)二維材料使用時(shí)的光吸收率低等問(wèn)題。另外，該量子點(diǎn)具備與常規(guī)二維材料一樣的可飽和吸收特性。
[0009]本發(fā)明第二方面提供了一種用于可飽和吸收體的基于二維材料的量子點(diǎn)薄膜的制備方法，包括以下步驟:
[0010]提供基于二維材料的量子點(diǎn)溶液，所述基于二維材料的量子點(diǎn)溶液中的量子點(diǎn)為石墨烯量子點(diǎn)、拓?fù)浣^緣體量子點(diǎn)、過(guò)渡金屬硫化物量子點(diǎn)和黑磷量子點(diǎn)中的至少一種，所述量子點(diǎn)的尺寸在I OOnm以下；
[0011]超聲分散后，將所述量子點(diǎn)溶液滴至或涂覆至基底上，真空條件下于70-100°C烘干，在所述基底上形成所述基于二維材料的量子點(diǎn)薄膜。
[0012]其中，將所述量子點(diǎn)溶液與高分子有機(jī)化合物混合，超聲分散后，得到混合溶液；所述高分子有機(jī)化合物為聚乙烯醇、聚甲基丙烯酸甲酯和聚苯乙烯中的至少一種；
[0013]將所述混合溶液滴至或涂覆至基底上，真空條件下于70-100°C烘干，在所述基底上形成所述基于二維材料的量子點(diǎn)薄膜。
[0014]其中，所述高分子有機(jī)化合物與所述量子點(diǎn)溶液的固液比為l-3mg:10-30mL。
[0015]本發(fā)明第二方面提供的用于可飽和吸收體的量子點(diǎn)薄膜的制備方法，制備方法簡(jiǎn)單易操作，制得的量子點(diǎn)薄膜的光吸收率比常規(guī)二維材料的光吸收率大一個(gè)數(shù)量級(jí)，從而解決了常規(guī)二維材料使用時(shí)的光吸收率低等問(wèn)題。
[0016]本發(fā)明第三方面提供了一種可飽和吸收體，所述可飽和吸收體包括目標(biāo)基底以及設(shè)置在所述目標(biāo)基底上的基于二維材料的量子點(diǎn)薄膜，所述基于二維材料的量子點(diǎn)薄膜的組成成分包括量子點(diǎn)，所述量子點(diǎn)為石墨烯量子點(diǎn)、拓?fù)浣^緣體量子點(diǎn)、過(guò)渡金屬硫化物量子點(diǎn)和黑磷量子點(diǎn)中的至少一種，所述量子點(diǎn)的尺寸在10nm以下。
[0017]其中，所述目標(biāo)基底為光纖端面、反射鏡或透明玻璃。
[0018]本發(fā)明第三方面提供的可飽和吸收體，包括基于二維材料的量子點(diǎn)薄膜，量子點(diǎn)薄膜的光吸收率比常規(guī)二維材料的光吸收率大一個(gè)數(shù)量級(jí)，另外，該量子點(diǎn)具備與常規(guī)二維材料一樣的可飽和吸收特性。將該高質(zhì)量、高光學(xué)吸收率的量子點(diǎn)薄膜制備成可飽和吸收體，使激光器實(shí)現(xiàn)被動(dòng)鎖模運(yùn)轉(zhuǎn)，從而產(chǎn)生高能量、高穩(wěn)定的超短脈沖，可以顯著提高非線性光學(xué)性能，并提高激光器的穩(wěn)定性。
[0019]本發(fā)明第四方面提供了一種超快被動(dòng)鎖模激光器，包括第三方面所述的可飽和吸收體，所述可飽和吸收體中的量子點(diǎn)的能量帶隙與所述超快被動(dòng)鎖模激光器的工作波長(zhǎng)一致。
[0020]其中，所述超快被動(dòng)鎖模激光器為全光纖激光器或全固態(tài)激光器。
[0021]本發(fā)明第四方面提供的超快被動(dòng)鎖模激光器，包括第三方面所述的可飽和吸收體，所述可飽和吸收體中的量子點(diǎn)的能量帶隙與所述超快被動(dòng)鎖模激光器的工作波長(zhǎng)一致，由于量子限域效應(yīng)和邊緣效應(yīng)，量子點(diǎn)與光發(fā)生共振增強(qiáng)效應(yīng)，量子點(diǎn)對(duì)能帶內(nèi)的激光產(chǎn)生較強(qiáng)的吸收，可以顯著提高激光器的穩(wěn)定性。本發(fā)明將高質(zhì)量、高光學(xué)吸收率的量子點(diǎn)薄膜制備成可飽和吸收體，使激光器實(shí)現(xiàn)被動(dòng)鎖模運(yùn)轉(zhuǎn)，產(chǎn)生高能量、高穩(wěn)定的超短脈沖。
[0022]綜上，本發(fā)明有益效果包括以下幾個(gè)方面:
[0023]本發(fā)明提供的基于二維材料的量子點(diǎn)薄膜的光吸收率比常規(guī)二維材料的光吸收率大一個(gè)數(shù)量級(jí)，從而解決了常規(guī)二維材料使用時(shí)的光吸收率低等問(wèn)題。另外，該量子點(diǎn)具備與常規(guī)二維材料一樣的可飽和吸收特性?；谶@種可飽和吸收體能有效地提高被動(dòng)鎖模光纖激光器的穩(wěn)定性，滿足市場(chǎng)的應(yīng)用需求。
【附圖說(shuō)明】
[0024]圖1為本發(fā)明一實(shí)施方式提供的基于二維材料的量子點(diǎn)薄膜的制備過(guò)程示意圖；
[0025]圖2為本發(fā)明一實(shí)施方式提供的全光纖激光器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026]圖3為本發(fā)明一實(shí)施方式提供的全光纖激光器中可飽和吸收體的分解結(jié)構(gòu)示意圖；
[0027]圖4為本發(fā)明另一實(shí)施方式提供的全固態(tài)激光器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0028]圖5為本發(fā)明一實(shí)施方式提供的黑磷量子點(diǎn)的掃描電鏡圖。
【具體實(shí)施方式】
[0029]以下所述是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0030]本發(fā)明第一方面提供了一種用于可飽和吸收體的基于二維材料的量子點(diǎn)薄膜，其組成成分包括量子點(diǎn)，量子點(diǎn)為石墨烯量子點(diǎn)、拓?fù)浣^緣體量子點(diǎn)、過(guò)渡金屬硫化物量子點(diǎn)和黑磷量子點(diǎn)中的至少一種，量子點(diǎn)的尺寸在10nm以下。
[0031 ]本發(fā)明實(shí)施方式中，量子點(diǎn)的尺寸在10nm以下，量子點(diǎn)的能量帶隙對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)范圍為400-4000nm。
[0032]本發(fā)明實(shí)施方式中，量子點(diǎn)的尺寸為2-100nm。
[0033]本發(fā)明實(shí)施方式中，量子點(diǎn)的尺寸在50nm以下。
[0034]本發(fā)明實(shí)施方式中，量子點(diǎn)的尺寸為2_50nm。
[0035]本發(fā)明實(shí)施方式中，本發(fā)明所述的量子點(diǎn)的尺寸指的是量子點(diǎn)的橫向尺寸。
[0036]本發(fā)明實(shí)施方式中，量子點(diǎn)的形狀為二維層狀材料。
[0037]本發(fā)明實(shí)施方式中，量子點(diǎn)的厚度在1nm以下。
[0038]本發(fā)明實(shí)施方式采用的量子點(diǎn)包括石墨烯量子點(diǎn)、拓?fù)浣^緣體量子點(diǎn)、過(guò)渡金屬硫化物量子點(diǎn)和黑磷量子點(diǎn)中的至少一種，和常規(guī)的二維材料相比，本發(fā)明這些量子點(diǎn)為新型的二維材料，其厚度在1nm以下，其橫向尺寸在10nm以下。由于這些量子點(diǎn)的尺寸都在10nm以下，因此擁有豐富的邊緣效應(yīng)和量子限域效應(yīng)?？梢酝ㄟ^(guò)控制尺寸大小來(lái)調(diào)節(jié)邊緣效應(yīng)和量子限域效應(yīng)，進(jìn)而得到不同能量帶隙的量子點(diǎn)材料。
[0039]當(dāng)該量子點(diǎn)薄膜應(yīng)用于超快被動(dòng)鎖模激光器時(shí)，可以根據(jù)超快被動(dòng)鎖模激光器的工作波長(zhǎng)選擇不同尺寸的量子點(diǎn)，從而使量子點(diǎn)的能量帶隙與超快被動(dòng)鎖模激光器的工作波長(zhǎng)相匹配，在這種情況下，由于量子限域效應(yīng)和邊緣效應(yīng)，量子點(diǎn)材料與光發(fā)生共振增強(qiáng)效應(yīng)，量子點(diǎn)材料對(duì)能帶內(nèi)的激光產(chǎn)生較強(qiáng)的吸收，該量子點(diǎn)薄膜光吸收率比常規(guī)二維材料的光吸收率大一個(gè)數(shù)量級(jí)。另外，該量子點(diǎn)具備與普通二維材料一樣的可飽和吸收特性。將該高質(zhì)量、高光學(xué)吸收率的量子點(diǎn)薄膜制備成可飽和吸收體，使激光器實(shí)現(xiàn)被動(dòng)鎖模運(yùn)轉(zhuǎn)，廣生尚能量、尚穩(wěn)定的超短脈沖。
[0040]本發(fā)明實(shí)施方式中，拓?fù)浣^緣體量子點(diǎn)包括Bi2Te3量子點(diǎn)、Bi2Se3量子點(diǎn)和Sb2Te3量子點(diǎn)中的至少一種。
[0041]本發(fā)明實(shí)施方式中，過(guò)渡金屬硫化物量子點(diǎn)包括二硫化鉬量子點(diǎn)或二硫化鎢量子點(diǎn)。
[0042]本發(fā)明實(shí)施方式中，量子點(diǎn)薄膜的組成成分還包括高分子有機(jī)化合物，高分子有機(jī)化合物為聚乙烯醇、聚甲基丙烯酸甲酯和聚苯乙烯中的至少一種。
[0043]本發(fā)明實(shí)施方式中，高分子有機(jī)化合物的作用是增加基于二維材料的量子點(diǎn)的粘合性，從而有助于形成量子點(diǎn)薄膜。這種量子點(diǎn)薄膜在轉(zhuǎn)移后續(xù)的轉(zhuǎn)移過(guò)程中，不容易破碎。可以直接將量子點(diǎn)薄膜轉(zhuǎn)移到光學(xué)反射鏡或者光纖端面上，制成光學(xué)器件，提高轉(zhuǎn)移的成功率。另外，這種高分子有機(jī)化合物可以保護(hù)量子點(diǎn)，可以保護(hù)其免受外界機(jī)械力等因素的破壞，更容易整合到激光器中去。
[0044]本發(fā)明實(shí)施方式中，量子點(diǎn)薄膜是由量子點(diǎn)溶液與高分子有機(jī)化合物經(jīng)過(guò)混合、超聲、干燥形成的。
[0045]本發(fā)明實(shí)施方式中，高分子有機(jī)化合物與量子點(diǎn)溶液的固液比為l-3mg:10-30mL。
[0046]本發(fā)明第一方面提供的量子點(diǎn)薄膜中的量子點(diǎn)的尺寸在10nm以下，由于量子限域效應(yīng)和邊緣效應(yīng)，量子點(diǎn)與光發(fā)生共振增強(qiáng)效應(yīng)，從而量子點(diǎn)對(duì)能帶內(nèi)的激光產(chǎn)生較強(qiáng)的吸收，因此，本發(fā)明的量子點(diǎn)薄膜光吸收率比常規(guī)二維材料的光吸收率大一個(gè)數(shù)量級(jí)，從而解決了常規(guī)二維材料使用時(shí)的光吸收率低等問(wèn)題。另外，該量子點(diǎn)具備與常規(guī)二維材料一樣的可飽和吸收特性。
[0047]本發(fā)明第二方面提供了一種用于可飽和吸收體的基于二維材料的量子點(diǎn)薄膜的制備方法，包括以下步驟:
[0048]提供基于二維材料的量子點(diǎn)溶液，基于二維材料的量子點(diǎn)溶液中的量子點(diǎn)為石墨烯量子點(diǎn)、拓?fù)浣^緣體量子點(diǎn)、過(guò)渡金屬硫化物量子點(diǎn)和黑磷量子點(diǎn)中的至少一種，量子點(diǎn)的尺寸在10nm以下；
[0049]超聲分散后，將量子點(diǎn)溶液滴至或涂覆至基底上，真空條件下于70-100°C烘干，在基底上形成基于二維材料的量子點(diǎn)薄膜。
[0050]本發(fā)明實(shí)施方式中，將量子點(diǎn)溶液與高分子有機(jī)化合物混合，超聲分散后，得到混合溶液;高分子有機(jī)化合物為聚乙烯醇(PVA)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)和聚苯乙烯(PS)中的至少一種；
[0051]將混合溶液滴至或涂覆至基底上，真空條件下于70-100°C烘干，在基底上形成基于二維材料的量子點(diǎn)薄膜。
[0052]本發(fā)明實(shí)施方式中，量子點(diǎn)以量子點(diǎn)溶液的形式進(jìn)行保存。
[0053]本發(fā)明實(shí)施方式中，量子點(diǎn)溶液按照常規(guī)方法制備即可，具體不限，如石墨烯量子點(diǎn)可采用水熱法、微波輔助法。黑磷量子點(diǎn)的制備方法可參考文獻(xiàn)[Ul trasma11bIackphosphorus quantum dots: synthesis and use as photothermalagents，Angew.Chem.，2015，127(39): 11688-11692]進(jìn)行制備。
[0054]本發(fā)明實(shí)施方式中，量子點(diǎn)溶液中量子點(diǎn)的質(zhì)量比濃度為20%_30%。
[0055]本發(fā)明實(shí)施方式中，高分子有機(jī)化合物與量子點(diǎn)溶液的固液比為l-3mg:10-30mL。
[0056]本發(fā)明實(shí)施方式中，超聲頻率為50-70Hz。
[0057]本發(fā)明實(shí)施方式中，基底為銅箔或石英玻璃片。
[0058]本發(fā)明實(shí)施方式中，得到量子點(diǎn)薄膜后，可以將量子點(diǎn)薄膜轉(zhuǎn)移至目標(biāo)基底或者直接將帶有基底的量子點(diǎn)薄膜設(shè)置在超快被動(dòng)鎖模激光器中。
[0059]本發(fā)明實(shí)施方式中，目標(biāo)基底為光纖端面、反射鏡或透明玻璃。
[0060]本發(fā)明實(shí)施方式中，當(dāng)基底為銅箔時(shí)，轉(zhuǎn)移的方法為將銅箔用溶解液溶解掉，然后，用光纖頭粘取浮在溶解液上的量子點(diǎn)薄膜，使量子點(diǎn)薄膜從銅箔上轉(zhuǎn)移至光纖端面上。[0061 ]本發(fā)明實(shí)施方式中，溶解液為FeCl3溶液。
[0062]本發(fā)明實(shí)施方式中，當(dāng)基底為石英玻璃片時(shí)，可以將帶有基底的量子點(diǎn)薄膜直接作為可飽和吸收體用在全固態(tài)激光器中。
[0063]本發(fā)明實(shí)施方式中，拓?fù)浣^緣體量子點(diǎn)包括Bi2Te3量子點(diǎn)、Bi2Se3量子點(diǎn)和Sb2Te3量子點(diǎn)中的至少一種。
[0064]本發(fā)明實(shí)施方式中，過(guò)渡金屬硫化物量子點(diǎn)包括二硫化鉬量子點(diǎn)或二硫化鎢量子點(diǎn)。
[0065]圖1為本發(fā)明一實(shí)施方式提供的基于二維材料的量子點(diǎn)薄膜的制備過(guò)程示意圖；從圖1中可以看出，基于二維材料的量子點(diǎn)薄膜的制備過(guò)程包括以下步驟:第①步，將量子點(diǎn)溶液301與高分子有機(jī)化合物302混合形成混合物303;第②步，將混合物303超聲，得到混合溶液304;第③步，從混合溶液304中取混合溶液液滴306滴到銅箔或石英玻璃片305上;第④步，烘干，形成基于二維材料的量子點(diǎn)薄膜307;第⑤步，將量子點(diǎn)薄膜307轉(zhuǎn)移到其他目標(biāo)基底308上。
[0066]本發(fā)明第二方面提供的量子點(diǎn)薄膜的制備方法，制備方法簡(jiǎn)單方便，制得的基于二維材料的量子點(diǎn)薄膜的光吸收率比常規(guī)二維材料的光吸收率大一個(gè)數(shù)量級(jí)，從而解決了常規(guī)二維材料使用時(shí)的光吸收率低等問(wèn)題。
[0067]本發(fā)明第三方面提供了一種可飽和吸收體，可飽和吸收體包括目標(biāo)基底以及設(shè)置在目標(biāo)基底上的基于二維材料的量子點(diǎn)薄膜，基于二維材料的量子點(diǎn)薄膜的組成成分包括量子點(diǎn)，量子點(diǎn)為石墨烯量子點(diǎn)、拓?fù)浣^緣體量子點(diǎn)、過(guò)渡金屬硫化物量子點(diǎn)和黑磷量子點(diǎn)中的至少一種，量子點(diǎn)的尺寸在I OOnm以下。
[0068]本發(fā)明實(shí)施方式中，目標(biāo)基底為光纖端面、反射鏡或透明玻璃。
[0069]本發(fā)明實(shí)施方式中，目標(biāo)基底的選擇可以根據(jù)可飽和吸收體的應(yīng)用情況進(jìn)行選擇。應(yīng)用于不同激光器時(shí)，可采用不同的目標(biāo)基底。
[0070]本發(fā)明第三方面提供的可飽和吸收體，包括基于二維材料的量子點(diǎn)薄膜，基于二維材料的量子點(diǎn)薄膜的光吸收率比常規(guī)二維材料的光吸收率大一個(gè)數(shù)量級(jí)，另外，該量子點(diǎn)薄膜具備與常規(guī)二維材料一樣的可飽和吸收特性。將高質(zhì)量、高光學(xué)吸收率的量子點(diǎn)薄膜制備成可飽和吸收體，可使激光器實(shí)現(xiàn)被動(dòng)鎖模運(yùn)轉(zhuǎn)，產(chǎn)生高能量、高穩(wěn)定的超短脈沖，可以顯著提高非線性光學(xué)性能，并提高激光器的穩(wěn)定性，滿足市場(chǎng)的應(yīng)用需求。
[0071]本發(fā)明第四方面提供了一種超快被動(dòng)鎖模激光器，包括第三方面所述的可飽和吸收體，可飽和吸收體中的量子點(diǎn)的能量帶隙與超快被動(dòng)鎖模激光器的工作波長(zhǎng)一致。
[0072]本發(fā)明實(shí)施方式中，可飽和吸收體中的量子點(diǎn)的能量帶隙與超快被動(dòng)鎖模激光器的工作波長(zhǎng)一致指的是量子點(diǎn)的能量帶隙對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)與超快被動(dòng)鎖模激光器的工作波長(zhǎng)相同或相近。
[0073]本發(fā)明一優(yōu)選實(shí)施方式中，超快被動(dòng)鎖模激光器為全光纖激光器或全固態(tài)激光器。
[0074]本發(fā)明一實(shí)施方式中，超快被動(dòng)鎖模激光器為全光纖激光器，全光纖激光器包括栗浦源、波分復(fù)用器、增益光纖、偏振控制器、偏振無(wú)關(guān)隔離器、光纖耦合器和本發(fā)明第三方面提供的可飽和吸收體。
[0075]本發(fā)明一優(yōu)選實(shí)施方式中，光纖親合器為親合比為10:90的光纖親合器。
[0076]圖2是本發(fā)明一實(shí)施方式提供的全光纖激光器的結(jié)構(gòu)示意圖。從圖2中可以看出，本發(fā)明一實(shí)施方式提供的全光纖激光器包括栗浦源101、波分復(fù)用器102、增益光纖103、偏振控制器104、偏振無(wú)關(guān)隔離器105、光纖耦合器106、可飽和吸收體107，其中，波分復(fù)用器102、增益光纖103、偏振控制器104、偏振無(wú)關(guān)隔離器105、光纖耦合器106、可飽和吸收體107依次用單模光纖連接成環(huán)形光纖諧振器腔結(jié)構(gòu)；其中，栗浦源101與波分復(fù)用器102的栗浦端(反射端)連接，以將栗浦光輸入到光纖諧振器腔，波分復(fù)用器102的公共端與增益光纖103的一端相連，增益光纖103的另一端與偏振控制器104的輸入端(透射端)相連，偏振控制器104的輸出端與偏振無(wú)關(guān)隔離器105的輸入端連接，偏振無(wú)關(guān)隔離器105的輸出端與耦合比為10:90的光纖親合器106的輸入端連接;光纖親合器106的10 %端輸出信號(hào)光，而90 %端與可飽和吸收體107—端連接;可飽和吸收體107的另外一端與波分復(fù)用器102的信號(hào)端相連。可飽和吸收體產(chǎn)生可飽和吸收，使全光纖激光器產(chǎn)生超快激光脈沖。
[0077]本發(fā)明實(shí)施方式中，栗浦源輸出的栗浦光的中心波長(zhǎng)為980nm。
[0078]本發(fā)明實(shí)施方式中，增益光纖103為摻鐿光纖、摻鉍光纖、摻鉺光纖、摻銩光纖或ZBLAN光纖等，具體的說(shuō)，當(dāng)選擇不同的增益光纖時(shí)，波分復(fù)用器、光纖耦合器、偏振無(wú)關(guān)隔離器、偏振控制器、可飽和吸收體的工作波長(zhǎng)為相應(yīng)增益光纖的工作波長(zhǎng)。
[0079]本發(fā)明實(shí)施方式中，栗浦源、波分復(fù)用器、偏振控制器、光纖耦合器、偏振無(wú)關(guān)隔離器為業(yè)界常規(guī)選擇，本發(fā)明不做特殊限定。
[0080]圖3為本發(fā)明一實(shí)施方式提供的全光纖激光器中可飽和吸收體的分解結(jié)構(gòu)示意圖；從圖3中可以看出，可飽和吸收體107是由量子點(diǎn)薄膜與光纖連接器組成的，具體結(jié)構(gòu)如圖3所示，是由一個(gè)光纖連接頭201、一個(gè)光纖適配器202、量子點(diǎn)薄膜203和另一個(gè)光纖連接頭204組合而成，其中，量子點(diǎn)薄膜設(shè)置在光纖適配器中并位于兩個(gè)光纖連接頭201和204之間，形成光纖連接頭-量子點(diǎn)薄膜-光纖連接頭的三明治結(jié)構(gòu)，最終形成可飽和吸收體結(jié)構(gòu)。
[0081]本發(fā)明另一實(shí)施方式中，超快被動(dòng)鎖模激光器為全固態(tài)激光器，全固態(tài)激光器包括栗浦光源、輸入鏡、聚焦透鏡、增益介質(zhì)、本發(fā)明第三方面提供的可飽和吸收體和輸出鏡。
[0082]圖4為本發(fā)明另一實(shí)施方式提供的全固態(tài)激光器的結(jié)構(gòu)示意圖；從圖4中可以看出，全固態(tài)激光器包括栗浦光源401、輸入鏡402、聚焦透鏡403、增益介質(zhì)404、可飽和吸收體405和輸出鏡406。栗浦光源401輸出的栗浦光通過(guò)聚焦透鏡403進(jìn)入到增益介質(zhì)404，增益介質(zhì)404受到栗浦光的激勵(lì)，激發(fā)信號(hào)光。輸入鏡402對(duì)信號(hào)光是全反，而對(duì)栗浦光全透。輸出鏡406對(duì)信號(hào)光是部分透過(guò)。輸入鏡和輸出鏡組成激光器的諧振腔，可飽和吸收體產(chǎn)生可飽和吸收，使激光器產(chǎn)生超快激光脈沖。
[0083]本發(fā)明實(shí)施方式中，可飽和吸收體405由透明玻璃和設(shè)置在透明玻璃上的量子點(diǎn)薄膜組成。
[0084]本發(fā)明實(shí)施方式中，增益介質(zhì)為Yb3+:ScB03、Nd:YAG陶瓷、Yb:CYA、Cr:ZnSe、Yb:LuYAG、Tm: CaYAlO4、Er: Y2O3陶瓷、Tm: YAG陶瓷等，具體的說(shuō)，當(dāng)選擇不同的增益介質(zhì)時(shí)，栗浦光源、輸入鏡、聚焦透鏡、可飽和吸收體、輸出鏡等的工作波長(zhǎng)為相應(yīng)增益介質(zhì)的工作波長(zhǎng)。
[0085]本發(fā)明實(shí)施方式中，栗浦光源、輸入鏡、聚焦透鏡和輸出鏡為業(yè)界常規(guī)選擇，本發(fā)明不做特殊限定。
[0086]本發(fā)明第四方面提供的超快被動(dòng)鎖模激光器，包括第三方面所述的可飽和吸收體，可飽和吸收體中的量子點(diǎn)的能量帶隙與超快被動(dòng)鎖模激光器的工作波長(zhǎng)一致，由于量子限域效應(yīng)和邊緣效應(yīng)，量子點(diǎn)與光發(fā)生共振增強(qiáng)效應(yīng)，量子點(diǎn)對(duì)能帶內(nèi)的激光產(chǎn)生較強(qiáng)的吸收，可以顯著提高激光器的穩(wěn)定性。本發(fā)明將高質(zhì)量、高光學(xué)吸收率的量子點(diǎn)薄膜制備成可飽和吸收體，使激光器實(shí)現(xiàn)被動(dòng)鎖模運(yùn)轉(zhuǎn)，產(chǎn)生高能量、高穩(wěn)定的超短脈沖。
[0087]實(shí)施例1:
[0088]—種基于二維材料的量子點(diǎn)薄膜的制備方法，包括以下步驟:
[0089]提供黑磷量子點(diǎn)溶液，將20mL黑磷量子點(diǎn)溶液和2mg聚乙烯醇混合，50Hz頻率下超聲分散后，得到混合溶液;將混合溶液滴到銅箔上，真空條件下于70°C烘干后，在銅箔上形成黑磷量子點(diǎn)薄膜。
[0090]將銅箔用FeCl3溶解掉，然后，用光纖頭粘取浮在FeCl3溶液上的量子點(diǎn)薄膜，使量子點(diǎn)薄膜從銅箔上轉(zhuǎn)移至光纖頭端面上。
[0091 ] 一種可飽和吸收體，可飽和吸收體包括一個(gè)光纖連接頭、一個(gè)光纖適配器、黑磷量子點(diǎn)薄膜和另一個(gè)光纖連接頭，其中，光纖連接頭的光纖端面上貼合有黑磷量子點(diǎn)薄膜。
[0092]—種全光纖激光器，包括栗浦源、波分復(fù)用器、摻鐿增益光纖、偏振控制器、偏振無(wú)關(guān)隔離器、光纖耦合器和上述的可飽和吸收體。
[0093]圖5為本實(shí)施例中黑磷量子點(diǎn)的掃描電鏡圖，從圖5中可以看出，黑磷量子點(diǎn)的尺寸為2.45nm左右，相應(yīng)地，黑磷量子點(diǎn)的能量帶隙對(duì)應(yīng)的工作波長(zhǎng)為880nmo
[0094]本實(shí)施例中全光纖激光器的工作波長(zhǎng)為Ιμπι左右。
[0095]實(shí)施例2:
[0096]—種基于二維材料的量子點(diǎn)薄膜的制備方法，包括以下步驟:
[0097]提供石墨烯量子點(diǎn)溶液，將20mL石墨烯量子點(diǎn)溶液和2mg聚甲基丙烯酸甲酯混合，50Hz頻率下超聲分散后，得到混合溶液;將混合溶液滴到銅箔上，真空條件下于100°C烘干后，在銅箔上形成黑磷量子點(diǎn)薄膜。
[0098]將銅箔用FeCl3溶解掉，然后，用光纖頭粘取浮在FeCl3溶液上的量子點(diǎn)薄膜，使量子點(diǎn)薄膜從銅箔上轉(zhuǎn)移至光纖頭端面上。
[0099]—種全光纖激光器，包括栗浦源、波分復(fù)用器、摻鉺增益光纖、偏振控制器、偏振無(wú)關(guān)隔離器、光纖耦合器和上述的可飽和吸收體。
[0100]本實(shí)施例中，根據(jù)掃描電鏡結(jié)果可知，石墨烯量子點(diǎn)的尺寸為IInm，相應(yīng)地，石墨稀量子點(diǎn)的能量帶隙對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)為1.5μηι。
[0101]本實(shí)施例中全光纖激光器的工作波長(zhǎng)為1560nm。
[0102]實(shí)施例3:
[0103]一種基于二維材料的量子點(diǎn)薄膜的制備方法，包括以下步驟:
[0104]提供Bi2Te3量子點(diǎn)溶液，將20mLBi2Te3量子點(diǎn)溶液和2mg聚苯乙烯混合，50Hz頻率下超聲分散后，得到混合溶液;將混合溶液滴到石英玻璃片上，真空條件下于100°c烘干后，在石英玻璃片上形成Bi2Te3量子點(diǎn)薄膜。
[0?05] —種可飽和吸收體，可飽和吸收體包括透明玻璃和設(shè)置在透明玻璃上的Bi2Te3量子點(diǎn)薄膜組成。
[0106]—種全固態(tài)激光器包括栗浦光源、輸入鏡、聚焦透鏡、增益介質(zhì)、上述的可飽和吸收體和輸出鏡。
[0107]根據(jù)掃描電鏡結(jié)果可知，Bi2Te3量子點(diǎn)的尺寸為2.2nm，相應(yīng)地，Bi2Te3量子點(diǎn)的能量帶隙對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)為820nm。
[0108]本實(shí)施例中全固態(tài)激光器的工作波長(zhǎng)為800nm。
[0109]實(shí)施例4:
[0110]一種基于二維材料的量子點(diǎn)薄膜的制備方法，包括以下步驟:
[0111]提供二硫化鉬量子點(diǎn)溶液，將20mL 二硫化鉬量子點(diǎn)溶液和2mg聚乙烯醇混合，50Hz頻率下超聲分散后，得到混合溶液;將混合溶液滴到銅箔上，真空條件下于100°c烘干后，在銅箔上形成二硫化鉬量子點(diǎn)薄膜。
[0112]將銅箔用FeCl3溶解掉，然后，用光纖頭粘取浮在FeCl3溶液上的量子點(diǎn)薄膜，使量子點(diǎn)薄膜從銅箔上轉(zhuǎn)移至光纖頭端面上。
[0113]—種可飽和吸收體，可飽和吸收體包括一個(gè)光纖連接頭、一個(gè)光纖適配器、二硫化鉬量子點(diǎn)薄膜和另一個(gè)光纖連接頭，其中，光纖連接頭的光纖端面上貼合有二硫化鉬量子點(diǎn)薄膜。
[0114]—種全光纖激光器，包括栗浦源、波分復(fù)用器、摻鉺增益光纖、偏振控制器、偏振無(wú)關(guān)隔離器、光纖耦合器和上述的可飽和吸收體。
[0115]根據(jù)掃描電鏡結(jié)果可知，二硫化鉬量子點(diǎn)的尺寸為9nm，相應(yīng)地，二硫化鉬量子點(diǎn)的能量帶隙對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)為I.4μπι。
[0116]本實(shí)施例中全光纖激光器的工作波長(zhǎng)為1558nm。
[0117]效果實(shí)施例
[0118]對(duì)比例1:采用常規(guī)的黑磷二維材料作為可飽和吸收體，按照實(shí)施例1的全光纖激光器的組成和結(jié)構(gòu)，制得全光纖激光器。
[0119]對(duì)比例2:采用常規(guī)的Bi2Te3二維材料作為可飽和吸收體，按照實(shí)施例3的全固態(tài)激光器的組成和結(jié)構(gòu)，制得全固態(tài)激光器。
[0120]將實(shí)施例1的全光纖激光器和對(duì)比例I的全光纖激光器進(jìn)行性能的對(duì)比，通過(guò)測(cè)量輸出脈沖的射頻譜，可以發(fā)現(xiàn)，實(shí)施例1的全光纖激光器的基頻信噪比比對(duì)比例I的全光纖激光器基頻的信噪比大4.3dB，說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例得到的全光纖激光器較為穩(wěn)定。
[0121]將實(shí)施例3的全固態(tài)激光器和對(duì)比例2的全固態(tài)激光器進(jìn)行性能的對(duì)比，通過(guò)測(cè)量輸出脈沖的射頻譜，可以發(fā)現(xiàn)，實(shí)施例3的全固態(tài)激光器的基頻信噪比比對(duì)比例2的全固態(tài)激光器基頻的信噪比大7.2dB，說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例得到的全固態(tài)激光器較為穩(wěn)定。
[0122]綜上，采用本發(fā)明實(shí)施例提供的基于二維材料的量子點(diǎn)薄膜作為可飽和吸收體得到的激光器穩(wěn)定性較好，可以更好地滿足市場(chǎng)的實(shí)際應(yīng)用。
[0123]以上所述實(shí)施例僅表達(dá)了本發(fā)明的幾種實(shí)施方式，其描述較為具體和詳細(xì)，但并不能因此而理解為對(duì)本發(fā)明專利范圍的限制。應(yīng)當(dāng)指出的是，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)，這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。因此，本發(fā)明專利的保護(hù)范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準(zhǔn)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種用于可飽和吸收體的基于二維材料的量子點(diǎn)薄膜，其特征在于，其組成成分包括量子點(diǎn)，所述量子點(diǎn)為石墨烯量子點(diǎn)、拓?fù)浣^緣體量子點(diǎn)、過(guò)渡金屬硫化物量子點(diǎn)和黑磷量子點(diǎn)中的至少一種，所述量子點(diǎn)的尺寸在I OOnm以下。2.如權(quán)利要求1所述的基于二維材料的量子點(diǎn)薄膜，其特征在于，所述量子點(diǎn)的尺寸為2_100nmo3.如權(quán)利要求1所述的基于二維材料的量子點(diǎn)薄膜，其特征在于，所述量子點(diǎn)薄膜的組成成分還包括高分子有機(jī)化合物，所述高分子有機(jī)化合物為聚乙烯醇、聚甲基丙烯酸甲酯和聚苯乙烯中的至少一種。4.一種用于可飽和吸收體的基于二維材料的量子點(diǎn)薄膜的制備方法，其特征在于，包括以下步驟: 提供基于二維材料的量子點(diǎn)溶液，所述基于二維材料的量子點(diǎn)溶液中的量子點(diǎn)為石墨烯量子點(diǎn)、拓?fù)浣^緣體量子點(diǎn)、過(guò)渡金屬硫化物量子點(diǎn)和黑磷量子點(diǎn)中的至少一種，所述量子點(diǎn)的尺寸在10nm以下； 超聲分散后，將所述量子點(diǎn)溶液滴至或涂覆至基底上，真空條件下于70-100°C烘干，在所述基底上形成所述基于二維材料的量子點(diǎn)薄膜。5.如權(quán)利要求4所述的基于二維材料的量子點(diǎn)薄膜的制備方法，其特征在于，將所述量子點(diǎn)溶液與高分子有機(jī)化合物混合，超聲分散后，得到混合溶液;所述高分子有機(jī)化合物為聚乙烯醇、聚甲基丙烯酸甲酯和聚苯乙烯中的至少一種； 將所述混合溶液滴至或涂覆至基底上，真空條件下于70-100°C烘干，在所述基底上形成所述基于二維材料的量子點(diǎn)薄膜。6.如權(quán)利要求5所述的基于二維材料的量子點(diǎn)薄膜的制備方法，其特征在于，所述高分子有機(jī)化合物與所述量子點(diǎn)溶液的固液比為1-3mg:10-30mLo7.—種可飽和吸收體，其特征在于，所述可飽和吸收體包括目標(biāo)基底以及設(shè)置在所述目標(biāo)基底上的基于二維材料的量子點(diǎn)薄膜，所述基于二維材料的量子點(diǎn)薄膜的組成成分包括量子點(diǎn)，所述量子點(diǎn)為石墨烯量子點(diǎn)、拓?fù)浣^緣體量子點(diǎn)、過(guò)渡金屬硫化物量子點(diǎn)和黑磷量子點(diǎn)中的至少一種，所述量子點(diǎn)的尺寸在I OOnm以下。8.如權(quán)利要求7所述的可飽和吸收體，其特征在于，所述目標(biāo)基底為光纖端面、反射鏡或透明玻璃。9.一種超快被動(dòng)鎖模激光器，其特征在于，包括如權(quán)利要求7-8任一項(xiàng)所述的可飽和吸收體，所述可飽和吸收體中的量子點(diǎn)的能量帶隙與所述超快被動(dòng)鎖模激光器的工作波長(zhǎng)一致。10.如權(quán)利要求9所述的超快被動(dòng)鎖模激光器，其特征在于，所述超快被動(dòng)鎖模激光器為全光纖激光器或全固態(tài)激光器。
【文檔編號(hào)】H01S3/098GK106099632SQ201610598990
【公開(kāi)日】2016年11月9日
【申請(qǐng)日】2016年7月27日 公開(kāi)號(hào)201610598990.2, CN 106099632 A, CN 106099632A, CN 201610598990, CN-A-106099632, CN106099632 A, CN106099632A, CN201610598990, CN201610598990.2
【發(fā)明人】張晗, 王志騰, 王可
【申請(qǐng)人】深圳大學(xué)