基于硫化铅量子点薄膜的光纤脉冲激光器及其制作方法技术

本发明专利技术涉及一种基于硫化铅量子点薄膜的光纤脉冲激光器及其制作方法。激光器由一个泵浦光源、一个波分复用器、一段掺铒光纤、一个光纤耦合器、一个硫化铅量子点薄膜可饱和吸收体、一个偏振控制器和一个隔离器以及单模光纤构成。本发明专利技术光纤脉冲激光器具有工作稳定性能高、插入损耗低、输出激光质量高的特点；其中的饱和吸收体器件在激光谐振腔内具有热损伤阈值高、输出脉冲稳定、信噪比高等特点，并由于量子点尺寸效应以及制备方法成熟的原因，可根据硫化铅量子点掺杂浓度、旋涂仪转速等参数调控来控制薄膜参数，使得硫化铅量子点工作波长易于被调控，因此未来可用于多波段的高质量的脉冲激光输出。

Optical Fiber Pulse Laser Based on Lead Sulfide Quantum Dot Film and Its Fabrication Method

The present invention relates to an optical fiber pulse laser based on lead sulfide quantum dot film and its fabrication method. The laser consists of a pump light source, a wavelength division multiplexer, an erbium-doped fiber, an optical fiber coupler, a lead sulfide quantum dot film saturable absorber, a polarization controller, an isolator and a single-mode fiber. The optical fiber pulse laser of the invention has the characteristics of high working stability, low insertion loss and high output laser quality; the saturated absorber device in the laser resonator has the characteristics of high thermal damage threshold, stable output pulse and high signal-to-noise ratio. Due to the size effect of quantum dots and the reasons for the mature preparation method, the lead sulfide quantum dots can be doped and coated by spin according to the doping concentration of lead sulfide quantum dots. The parameters such as the rotational speed of the instrument can be adjusted to control the parameters of the film, which makes the working wavelength of lead sulfide quantum dots easy to be adjusted. Therefore, it can be used for high quality pulsed laser output in multi-band in the future.

【技术实现步骤摘要】
基于硫化铅量子点薄膜的光纤脉冲激光器及其制作方法
本专利技术涉及一种基于硫化铅量子点薄膜的光纤脉冲激光器及其制作方法，属于非线性光学及超快脉冲激光领域。
技术介绍
作为光通信领域的新兴技术，光纤激光器具有输出功率高、稳定性好、波长可调谐、结构简单等优势。脉冲激光具有一定的重复频率、高能量和峰值功率，从而被广泛应用在军事、医疗、传感和材料加工等各个领域。实现脉冲激光一般有调Q和锁模两种方式。调Q技术又称Q开关技术，是通过对谐振腔损耗的调控来改善激光脉冲的功率时间特性，从而得到脉冲，一般在纳秒或微秒量级。锁模技术是对激光器谐振腔中的光束进行调制使得纵模具有固定相位关系从而相干叠加得到超短脉冲。相比调Q技术，锁模技术得到的脉冲脉宽更短，脉冲能量更高。目前产生调Q和锁模激光器一般采用主动方式和被动方式，主动方式通常要在激光器中接入周期性的外部调制器件，不利于激光器的全光纤结构和高度集成，因此目前被动方式成为了研究的热点。可饱和吸收体锁模是目前应用广泛且有效的一种被动锁模方式，可饱和吸收体是一种对激光工作波长吸收能力随入射光功率增大而减小的非线性器件。目前常用的可饱和吸收体主要包括半导体饱和吸收镜、碳纳米管、石墨烯、二硫化钼或黑磷等材料，但他们在某些方面，诸如工作波长的范围，调制深度，稳定性等等却存在不足。
技术实现思路
针对现有技术存在的缺陷，本专利技术的目的是提供一种基于硫化铅量子点薄膜的光纤脉冲激光器及其制作方法。本专利技术光纤脉冲激光器具有工作稳定性能高、插入损耗低、输出激光质量高的特点；其中的饱和吸收体器件在激光谐振腔内具有热损伤阈值高、输出脉冲稳定、信噪比高等特点，并由于量子点尺寸效应以及制备方法成熟的原因，可根据硫化铅量子点掺杂浓度、旋涂仪转速等参数调控来控制薄膜参数，使得硫化铅量子点工作波长易于被调控，因此未来可用于多波段的高质量的脉冲激光输出。为了达到上述目的，本专利技术的构思是：本专利技术提出一种基于硫化铅量子点薄膜的光纤脉冲激光器，通过有机金属法合成方法得到的硫化铅量子点单分散性高，具有一致的吸收峰和高的三阶非线性系数。结合聚合物得到量子点聚合物溶液，通过旋涂法得到复合薄膜均匀性好，重复性高，并将该薄膜置于激光器中光纤连接处，利用其可饱和吸收特性实现调Q脉冲和锁模脉冲的输出。为达到上述目的，本专利技术采用下述技术方案：一种基于硫化铅量子点薄膜的光纤脉冲激光器，由一个泵浦光源、一个波分复用器、一段掺铒光纤、一个光纤耦合器、一个硫化铅量子点薄膜可饱和吸收体、一个偏振控制器和一个隔离器以及单模光纤构成；所述泵浦光源与波分复用器的泵浦端连接将泵浦光注入，所述波分复用器的公共端与掺铒光纤的一端连接，掺铒光纤的另一端与光纤耦合器的输入端连接，所述掺铒光纤提供增益；所述光纤耦合器的一个输出端输出信号光，而另一个输出端与硫化铅量子点薄膜可饱和吸收体一端连接，硫化铅量子点薄膜可饱和吸收体的另一端与偏振控制器连接；偏振控制器的另一端与隔离器连接，隔离器的另一端与波分复用器的信号端相连，各部分由单模光纤相连构成环形腔。所述波分复用器为1550nm/980nm波分复用器。所述光纤耦合器耦合比为10:90，光纤耦合器的10%输出端输出信号光，而90%输出端与硫化铅量子点薄膜可饱和吸收体一端连接。一种基于硫化铅量子点薄膜的光纤脉冲激光器的制作方法，包括如下步骤：首先，采用改进的有机金属法制备单分散性的硫化铅量子点并提纯；其次，制备硫化铅量子点薄膜可饱和吸收体；最后，将硫化铅量子点薄膜可饱和吸收体接入到通过单模光纤相连构成的环形腔光纤脉冲激光器中。所述硫化铅量子点薄膜可饱和吸收体的制备方法包括以下步骤：取一定浓度的硫化铅量子点甲苯溶液和一定浓度的聚苯乙烯甲苯溶液超声均匀分散，然后把两溶液混合得到硫化铅-聚苯乙烯溶液，继续超声使均匀分散；将所述的硫化铅-聚苯乙烯溶液通过针管定量滴在盖玻片上在旋涂仪上旋涂成膜，随后将其放在真空干燥箱中35℃干燥1h，用镊子取下后，剪下一小片薄膜夹在两个同类型的光纤连接头的连接处，制得硫化铅量子点薄膜可饱和吸收体。所述硫化铅量子点薄膜可饱和吸收体吸收峰位于1550nm处，尺寸约为6nm。本专利技术的原理如下所述：本专利技术基于硫化铅量子点可饱和吸收体的光纤脉冲激光器产生脉冲激光的机理在于，利用硫化铅量子点薄膜作为可饱和吸收体在激光腔内进行调制，产生调Q脉冲和锁模脉冲。硫化铅量子点具有相对较大的波尔半径和较小的能量带隙，可以通过调控粒子粒径使其在很宽的光谱范围内有较强的吸收。本专利技术所述的硫化铅量子点的能量带隙与光纤激光器的工作波长一致，由于量子限域效应和边缘效应的影响使得量子点和光子之间产生共振增强的现象，表现出量子点对能带内的激光产生较强的吸收，可以有效的提高激光器的稳定性。当把可饱和吸收体接入到激光谐振腔内时，在开始阶段，腔内自发福射很弱，可饱和吸收体吸收系数很大，光的透过率很低，谐振腔处于低Q值高损耗的状态，激光起振阈值较高，不能形成激光振荡。在泵浦光的持续作用下，反转粒子数不断积累，腔内自发辐射逐渐増强，直到可以与可饱和吸收体的饱和阈值相比拟，可饱和吸收体的吸收系数变小，透过率增大，此时激光谐振腔Q值猛増，激光器阈值骤降，产生激光振荡，输出调Q脉冲。相对于调Q，锁模技术可以产生具有一定重复频率，脉宽更短的激光，在未加可饱和吸收液体前，激光腔内存在多个振荡的纵模，各纵模无规则的叠加形成激光输出的总光场。通过加入饱和吸收体在腔内表现出非线性调制的作用，对光强强的脉冲吸收少，对光强弱的脉冲吸收强，多次通过可饱和吸收体以后，实现对强脉冲的选择，达到不同纵模间相位的固定，从而输出锁模脉冲。本专利技术与现有技术相比较，具有如下显著优点：本专利技术光纤脉冲激光器具有工作稳定性能高、插入损耗低、输出激光质量高的特点。本专利技术中制备的硫化铅量子点单分散程度高，易于制备，环境稳定性强，可通过调节制备过程中的参数调控硫化铅量子点的带隙进而控制其工作波长。本专利技术硫化铅量子点薄膜厚度、均匀性、插入损耗可由生产过程控制，进而获得不同的工作模式响应。本专利技术采用硫化铅量子点薄膜可饱和吸收体应用在光纤激光器中，可实现高稳定性、高重复频率的激光脉冲输出。附图说明图1为基于硫化铅量子点薄膜的光纤脉冲激光器的结构示意图。图2为硫化铅量子点薄膜可饱和吸收体制备过程示意图。具体实施方式本专利技术的优选实施例结合附图叙述于后：如图1所示，一种基于硫化铅量子点薄膜的光纤脉冲激光器，由一个泵浦光源1、一个波分复用器2、一段掺铒光纤3、一个光纤耦合器4、一个硫化铅量子点薄膜可饱和吸收体5、一个偏振控制器6和一个隔离器7以及单模光纤8构成；所述泵浦光源1与波分复用器2的泵浦端连接将泵浦光注入，所述波分复用器2为1550nm/980nm波分复用器，所述波分复用器2的公共端与掺铒光纤3的一端连接，掺铒光纤3的另一端与耦合比为10:90的光纤耦合器4的输入端连接，所述掺铒光纤3提供增益；所述光纤耦合器4的10%输出端输出信号光，而90%输出端与硫化铅量子点薄膜可饱和吸收体5一端连接，硫化铅量子点薄膜可饱和吸收体5的另一端与偏振控制器6连接；偏振控制器6的另一端与隔离器7连接，隔离器7的另一端与波分复用器2的信号端相连，各部分由单模光纤8相连构成环形腔。一种基于硫化铅量子点薄膜的光本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于硫化铅量子点薄膜的光纤脉冲激光器，其特征在于，由一个泵浦光源（1）、一个波分复用器（2）、一段掺铒光纤（3）、一个光纤耦合器（4）、一个硫化铅量子点薄膜可饱和吸收体（5）、一个偏振控制器（6）和一个隔离器（7）以及单模光纤（8）构成；所述泵浦光源（1）与波分复用器（2）的泵浦端连接将泵浦光注入，所述波分复用器（2）的公共端与掺铒光纤（3）的一端连接，掺铒光纤（3）的另一端与光纤耦合器（4）的输入端连接，所述掺铒光纤（3）提供增益；所述光纤耦合器（4）的一个输出端输出信号光，而另一个输出端与硫化铅量子点薄膜可饱和吸收体（5）一端连接，硫化铅量子点薄膜可饱和吸收体（5）的另一端与偏振控制器（6）连接；偏振控制器（6）的另一端与隔离器（7）连接，隔离器（7）的另一端与波分复用器（2）的信号端相连，各部分由单模光纤（8）相连构成环形腔。

【技术特征摘要】
1.一种基于硫化铅量子点薄膜的光纤脉冲激光器，其特征在于，由一个泵浦光源（1）、一个波分复用器（2）、一段掺铒光纤（3）、一个光纤耦合器（4）、一个硫化铅量子点薄膜可饱和吸收体（5）、一个偏振控制器（6）和一个隔离器（7）以及单模光纤（8）构成；所述泵浦光源（1）与波分复用器（2）的泵浦端连接将泵浦光注入，所述波分复用器（2）的公共端与掺铒光纤（3）的一端连接，掺铒光纤（3）的另一端与光纤耦合器（4）的输入端连接，所述掺铒光纤（3）提供增益；所述光纤耦合器（4）的一个输出端输出信号光，而另一个输出端与硫化铅量子点薄膜可饱和吸收体（5）一端连接，硫化铅量子点薄膜可饱和吸收体（5）的另一端与偏振控制器（6）连接；偏振控制器（6）的另一端与隔离器（7）连接，隔离器（7）的另一端与波分复用器（2）的信号端相连，各部分由单模光纤（8）相连构成环形腔。2.根据权利要求1所述的基于硫化铅量子点薄膜的光纤脉冲激光器，其特征在于，所述波分复用器（2）为1550nm/980nm波分复用器。3.根据权利要求1所述的基于硫化铅量子点薄膜的光纤脉冲激光器，其特征在于，所述光纤耦合器（4）耦合比为10:90，光纤耦合器（4）的10%输出端输出信号光，而90%输出端...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙晓岚，牟成博，赵巍，
申请(专利权)人：上海大学，
类型：发明
国别省市：上海,31