一种基于石墨烯和二硫化锡复合薄膜的孤子锁模光纤激光器实现方法技术

一种基于石墨烯和二硫化锡复合薄膜的孤子锁模光纤激光器实现方法，属于光纤激光器技术领域。本发明专利技术包含石墨烯和二硫化锡复合薄膜制备和光纤激光器的光路构建并产生激光两个过程。单模激光光源产生泵曝光，通过波分复用装置进入环形光路，入射到增益介质掺铒光纤中，激发的激光通过环形激光腔、偏振无关隔离器、偏振控制器，在可饱和吸收体的饱和吸收和高非线性的双重作用下，对腔内脉冲激光整形，通过调节泵浦光源的泵浦功率和偏振控制器来控制激光偏振状态，从光谱仪中获得1960nm附近的孤子锁模脉冲输出。本发明专利技术结合了石墨烯和二硫化锡的优势，性能稳定，不仅实现了在2um附近的孤子锁模脉冲输出，更实现了更高功率的输出。

A Soliton Mode-locked Fiber Laser Based on Composite Film of Graphene and Tin Disulfide

A soliton mode-locked fiber laser based on graphene and tin disulfide composite film belongs to the field of fiber laser technology. The invention comprises two processes: preparation of graphene and tin disulfide composite film and construction of optical path of fiber laser and generation of laser. Single-mode laser source generates pump exposure, enters the annular optical path through wavelength division multiplexing device, and enters the gain medium erbium-doped fiber. The excited laser passes through the annular laser cavity, polarization-independent isolator and polarization controller. Under the dual effects of saturable absorption and high nonlinearity, the pulse laser in the cavity is shaped by adjusting the pump power and polarization of the pump light source. The oscillator controls the polarization of the laser and obtains the output of the soliton mode-locked pulse near 1960 nm from the spectrometer. The invention combines the advantages of graphene and tin disulfide, and has stable performance. It not only achieves soliton mode-locked pulse output near 2um, but also achieves higher power output.

【技术实现步骤摘要】
一种基于石墨烯和二硫化锡复合薄膜的孤子锁模光纤激光器实现方法
本专利技术属于光纤激光器
，具体涉及一种基于石墨烯和二硫化锡复合薄膜的孤子锁模光纤激光器实现方法。
技术介绍
光纤激光器的核心就是增益介质，通常使用掺杂稀元素的光纤，光纤激光器通过导入泵浦光进入增益光纤的纤芯形成高功率密度，形成粒子数反转，当形成谐振腔时，就能形成激光。自从20世纪60年代第一台光纤激光器问世以来，光纤激光器得到了长足的进步与发展，各种类型的光纤激光器也相继问世。在1963年，光纤激光器和光线放大器的构思第一次被提出，随后锁模光纤激光器就很快得到了全世界广大研究学者的关注。光纤激光器是由能够产生光子的增益介质、使光子得到反馈并在增益介质中进行谐振放大的光学谐振腔和激励光跃迁的泵浦源三部分组成。激光输出既可以是连续的，也可以是脉冲形式的，依赖于激光工作介质。对于连续光输出，激光能级上的自发发射寿命必须长于激光下能级来获得较高的粒子数反转。通常当激光下能级的寿命超过上能级时，就会获得脉冲输出。光纤激光器有两种激发状态，一种是三能级激发，另一种是四能级激发。两者区别还在于较低能级所处的位置。在三能级系统下，激光下的能级即为基态，或者是极靠近基态的能级，而在四能级系统中，激光下能级和基态能级之间仍然存在一个跃迁，通常为无辐射跃迁。电子从基态提升到高于激光上能级的一个或者多个泵浦带，电子一般通过非辐射跃迁到达激光上能级。泵浦带上的电子造成电子数多余激光下能级，即形成粒子数反转。电子以辐射光子的形式放出能量回到基态。这种自发发射的光子被光学谐振腔反馈回增益介质中诱发受激辐射，产生的光子与诱发这一过程的光子性质完全相同。当光子在谐振腔中所获得的增益大于其在腔内的损耗时，就会产生激光输出。激光介质本身就是导波介质，藕合效率高；光纤芯很细，纤内易形成高功率密度；可方便地与目前的光纤传输系统高效连接。由于光纤具有很高的“表面积/体积”比，散热效果好，因此这种光纤激光器具有很高的转换效率，很低的激光阔值，能在不加强制冷却的情况下连续工作。又由于光纤具有极好的柔绕性，激光器可以设计得相当小巧灵活，有利于在光纤通信和医学上的应用；同时，可借助光纤方向祸合器构成各种柔性谐振腔，使激光器的结构更加紧凑、稳定。光纤还具有相当多的可调参数和选择性，能获得相当宽的调谐范围和相当好的单色性和稳定性。这些特点决定了光纤激光器比半导体激光器和大型激光器拥有更多的优势。从效果上看，光纤激光器是一种高效的波长转换器，即由泵浦激光波长转换为所掺稀土离子的激射波长。正因为光纤激光器的激射波长是由基质材料的稀土掺杂剂所决定，不受泵浦波长的控制，所以可以利用与稀土离子吸收光谱相对应的廉价短波长、高功率半导体激光器泵浦，获得光纤通信低损耗窗口的1.3um和1.5um以及2一3um中红外波长的激光输出，泵浦效率很高。光纤激光器凭借其结构简单、制造成本低廉、易小型化等诸多优势在光通信、工业生产、生物医学等领域具有越来越重要的应用与地位。而孤子锁模光纤激光器的稳定性在诸多光纤激光器的类别中具有显著的优势，因此孤子锁模光纤激光器在通信、光源传感等领域具有十分广泛的应用。近年来，作为实现被动锁模孤子光纤激光器的核心器件之一，可饱和吸收体具有十分重要的地位。近年来，具有高非线性折射率、高调制深度、低饱和吸收阈值的二维材料成为了制备可饱和吸收体的宠儿，其中，尤以石墨烯最为典型。石墨烯具有非常良好的光学特性，在较宽波长范围内吸收率约为2.3％，看上去几乎是透明的。在几层石墨烯厚度范围内，厚度每增加一层，吸收率增加2.3％。大面积的石墨烯薄膜同样具有优异的光学特性，且其光学特性随石墨烯厚度的改变而发生变化。这是单层石墨烯所具有的不寻常低能电子结构。室温下对双栅极双层石墨烯场效应晶体管施加电压，石墨烯的带隙可在0～0.25eV间调整。施加磁场，石墨烯纳米带的光学响应可调谐至太赫兹范围。当入射光的强度超过某一临界值时，石墨烯对其的吸收会达到饱和。这些特性可以使得石墨烯可以用来做被动锁模激光器。这种独特的吸收使得饱和时输入光强超过一个阈值，这称为饱和影响，石墨烯可饱和容易可见强有力的激励近红外地区，由于环球光学吸收和零带隙。由于这种特殊性质，石墨烯具有广泛应用在超快光子学。石墨烯/氧化石墨烯层的光学响应可以调谐电。更密集的激光照明下，石墨烯可能拥有一个非线性相移的光学非线性克尔效应。而石墨烯损伤阈值较低的问题一直未能解决，为了解决这一限制石墨烯应用的难点，石墨烯复合材料进入了我们的视线。最近，过渡金属硫化物在研究领域中已经引起了一定的关注。在超快光学中，由于它们具有合适的层间独立的带隙值和各向异性晶体结构。在此基础上，二硫化锡是n型直接带隙。具有2.24eV的半导体。它具有低成本，环保，地球储藏量丰富等特色使其更好地满足工业和科学的要求。能够应用于太阳能电池、光催化剂、锂离子电池等重要的实际应用。同时，二硫化锡具有稳定的能带结构，较高的损伤阈值，与石墨烯结合，理论上能够发挥两种材料的优势作用制备稳定高效的可饱和吸收体从而在光纤激光器中实现孤子锁模脉冲输出。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于石墨烯和二硫化锡复合薄膜的孤子锁模光纤激光器实现方法，通过制备石墨烯与二硫化锡复合薄膜饱和吸收体制备孤子锁模光纤激光器，实现孤子锁模脉冲输出。本专利技术的目的是这样实现的：一种基于石墨烯和二硫化锡复合薄膜的孤子锁模光纤激光器实现方法包含石墨烯和二硫化锡复合薄膜制备和光纤激光器的光路的构建。复合薄膜的制备包含以下过程：称取3.5mg石墨烯，分散于15ml去离子水中超声30分钟，加入0.475gCH3CSNH2和0.88gSncl.5H2O，配置35ml稀Hcl，由1.5mlHcl和33.5ml去离子水混合，将以上全部混合后用磁力搅拌器搅拌1小时。然后把混合物倒入容量为50ml的不锈钢高压釜中，在180度的温度下反应12个小时，待冷却至室温，先将混合物用去离子水离心处理5遍，离心机设置为5000r/min，每次15分钟，然后再用乙醇离心两三遍，直至PH到7，最后将材料放入烘干机在40度环境中12小时后得到复合材料。产生激光的过程如下：单模激光光源产生1562nm的泵曝光，通过波分复用装置进入环形光路，入射到增益介质掺铒光纤中。激发的1960nm激光通过环形激光腔保持单向传输的偏振无关隔离器、控制激光腔内激光偏振状态的偏振控制器，通过可饱和吸收体的饱和吸收和高非线性的双重作用，实现对腔内脉冲激光的整形。通过调节泵浦光源的泵浦功率和调整偏振控制器来控制激光腔内的激光偏振状态，能够从光谱仪中获得1960nm附近的孤子锁模脉冲输出。相比于利用传统方法制备的锁模器件搭建的光纤激光器，本专利技术提供了一种由两种可饱和吸收材料结合，充分利用两者优势，通过制备薄膜的形式成功提高了石墨烯的损伤阈值，让石墨烯在更高功率的光纤激光器中得到了应用。该激光器不仅实现了在2um附近的脉冲输出，更实现了更高功率的输出。本专利技术的有益效果在于：1.制备薄膜的材料价格低廉，性能优秀，制备方法也十分简单，十分有利于大规模商业化生产。2.复合薄膜充分发挥了石墨烯与二硫化锡的互补特性，不仅具有十分优秀的可饱和吸收特性，并且有效提高了激光器的损伤阈值，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于石墨烯和二硫化锡复合薄膜的孤子锁模光纤激光器实现方法，其特征在于：包含石墨烯和二硫化锡复合薄膜制备和光纤激光器的光路构建并产生激光。

【技术特征摘要】
1.一种基于石墨烯和二硫化锡复合薄膜的孤子锁模光纤激光器实现方法，其特征在于：包含石墨烯和二硫化锡复合薄膜制备和光纤激光器的光路构建并产生激光。2.根据权利要求1所述的一种基于石墨烯和二硫化锡复合薄膜的孤子锁模光纤激光器实现方法，其特征在于，所述复合薄膜的制备包含以下过程：称取3.5mg石墨烯，分散于15ml去离子水中超声30分钟，加入0.475gCH3CSNH2和0.88gSncl.5H2O，配置35ml稀Hcl，由1.5mlHcl和33.5ml去离子水混合，将以上全部混合后用磁力搅拌器搅拌1小时，然后把混合物倒入容量为50ml的不锈钢高压釜中，在180度的温度下反应12个小时，待冷却至室温，先将混合物用去离子水离心处理5遍，离心机...

【专利技术属性】
技术研发人员：王鹏飞，李施，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23