一种基于黑砷磷的脉冲激光调制组件及脉冲光纤激光器制造技术

本发明专利技术提供一种基于黑砷磷的脉冲激光调制组件及脉冲光纤激光器，包括偏振控制器与可饱和吸收体装置，可饱和吸收体装置包括及设在壳体上的输入光纤与输出光纤，所述输入光纤与偏振控制器的输出端相连；所述输入光纤与输出光纤在壳体内通过可饱和吸收体相连，所述可饱和吸收组件上设有可饱和吸收体，所述可饱和吸收体由黑砷磷二维材料制成。通过采用黑砷磷作为可饱和吸收体，既能降低脉冲调制器件成本，也能通过采用不同砷磷浓度比的黑砷磷来调控价带与导带之间的间隙，其电子行为类似于半导体，具有独有的电子和光学性质。本发明专利技术应用于脉冲光纤激光器领域。

A Pulsed Laser Modulation Modulation Module Based on Black Arsenic Phosphorus and Pulsed Fiber Laser

The invention provides a pulse laser modulation module and a pulse fiber laser based on black arsenic phosphorus, including a polarization controller and a saturable absorber device, which includes an input fiber and an output fiber arranged on a housing, which are connected with the output end of the polarization controller, and an input fiber and an output fiber pass through a saturable absorber in the housing. Connected, the saturable absorption component is provided with a saturable absorber, which is made of two-dimensional black arsenic phosphorus material. By using black arsenic phosphorus as saturable absorber, not only the cost of pulse modulator can be reduced, but also the gap between valence band and conduction band can be regulated by using black arsenic phosphorus with different concentration ratio of arsenic to phosphorus. Its electronic behavior is similar to that of semiconductor, and it has unique electronic and optical properties. The invention is applied to the field of pulsed fiber laser.

【技术实现步骤摘要】
一种基于黑砷磷的脉冲激光调制组件及脉冲光纤激光器
本专利技术涉及脉冲光纤激光器，尤其涉及一种基于黑砷磷的脉冲激光调制组件及脉冲光纤激光器。
技术介绍
自从1961年，美国光学公司的Snitzer首次提出将光纤结构应用于激光器与放大器，并与Koester进行了实验，用纤芯300μm、长度1m的掺Nd增益光纤在1060nm波长附近获得了高达47dB的放大。这是世界上首例关于光纤激光器的报道。和传统的固定激光器不同，以掺稀土元素光纤为增益介质的光纤激光器，其增益性质优良且阈值低、转换效率高。并且光纤的散热效果较好，其波导特性使输出的光束具有优异的空间分布质量。凭借着体积小、集成度高、结构紧凑、成本低廉的优势，光纤激光器得到了研究人员的广泛关注研究。与固体激光器一样，光纤激光器也可以产生脉冲。超短脉冲光纤激光器是激光器研究领域的一个重要组成部分，由于其具有极高的峰值功率、超短的持续时间、极宽的光谱等优异的光学特性，在非线性光学，激光雷达，光学测量，光学微加工，光通讯，生物光学，生物医学技术，国防军事安全等领域都有重要的应用。常见的获得高峰值功率、高能量超短脉冲激光技术有调Q和锁模技术。在主动锁模技术中，需要利用一个电光调制器或声光调制器等锁模调制器来控制相邻纵模间相位差恒定，从而实现脉冲激光输出。可饱和吸收体(saturableabsorber，SA)是被动调Q和被动锁模的重要器件，激光腔内插入可饱和吸收体，利用可饱和吸收体本身饱和吸收调制特性来实现将连续激光变为脉冲激光输出。可饱和吸收体是脉冲光纤激光器的重要核心关键器件，人们总是在不断寻找性能优异的可饱和吸收体。最初发展的被动调Q和被动锁模激光器，研究人员采用的都是基于染料的可饱和吸收体。但染料有毒、寿命短，要经常更换，限制了它的应用。一个合适的可饱和吸收体对于材料的关键要求是响应时间快，波长范围宽，非线性系数大，光损失阈值高，低成本，并且易于集成到激光器系统中。近年来，二维材料被作为可饱和吸收体广泛应用于光纤脉冲激光中。二维材料黑砷磷是可饱和吸收体的一种重要选择。
技术实现思路
针对现有技术中脉冲光纤激光器对可饱和吸收体需求，本专利技术的目的是采用黑砷磷作为可饱和吸收体，提供一种基于黑砷磷的脉冲激光调制组件及脉冲光纤激光器，通过采用不同砷磷浓度比的黑砷磷来调控价带和导带之间的间隙，实现具有特殊电子和光学性质，符合脉冲光纤激光器需求。同时制备方法经济、高效，既能减少能量消耗，同时降低成本。为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供一种基于黑砷磷的脉冲激光调制组件，其采用的技术方案是：一种基于黑砷磷的脉冲激光调制组件，其特征在于，包括偏振控制器与可饱和吸收体装置；所述可饱和吸收体装置包括壳体以及设在壳体上的输入光纤与输出光纤，所述输入光纤与偏振控制器的输出端相连；所述输入光纤与输出光纤在壳体内通过可饱和吸收组件相连，所述可饱和吸收组件上设有可饱和吸收体，所述可饱和吸收体由黑砷磷制成。作为上述技术方案的进一步改进，所述可饱和吸收组件包括位于壳体内的第一连接光纤与第二连接光纤，所述可饱和吸收体为夹持在第一连接光纤的尾端与第二连接光纤的首端之间的黑砷磷薄膜，所述第一连接光纤的首端与输入光纤相接，所述第二连接光纤的尾端与输出光纤相接。作为上述技术方案的进一步改进，所述黑砷磷的制备薄膜过程具体包括：S1、将砷磷混合物、锡粉与四碘化锡以质量比例10～60:1～3:0.5～1进行配料，将配料真空封装在低压的石英管中，其中，砷磷混合物中砷和磷的比例可以自由调配，通过设计黑砷磷二维材料中砷和磷的比例调控价带和导带之间的间隙，实现具有特殊电子和光学性质，符合脉冲光纤激光器需求；S2、将封好的石英玻璃管水平放置在加热炉的加热区，加热加热炉并在加热后保持炉温2～3h；S3、在7～8h内将炉温冷却至450～550℃以完成对加热炉的第一次冷却，并在第一次冷却后保持炉温3～4h；S4、在3～4h内将炉温冷却室温以完成对加热炉的第二次冷却，第二次冷却后在石英管的冷端得到黑砷磷晶体；S5、将所得到的黑砷磷块材进行电解，获得液态二维的黑砷磷薄膜。电解过程，使用双电极方法进行电解，其中黑砷磷晶体作为阴极，阳极为铂电极；S6、对液态二维的黑砷磷薄膜进行抽滤，获得固态二维的黑砷磷薄膜。作为上述技术方案的进一步改进，步骤S1中，所述砷磷混合物中的砷为纯度在99.99％以上的灰砷，所述砷磷混合物中的磷为纯度在99.99％以上的红磷晶体。作为上述技术方案的进一步改进，步骤S1中，将配料真空封装在低压的石英管时控制石英管中配料的含量为15～30mg/cm3。作为上述技术方案的进一步改进，步骤S1中，所述将配料真空封装在低压的石英管中具体为：利用分子泵机组和氢氧火焰将配料真空封装在5×10-3～15×10-3pa的石英管中。作为上述技术方案的进一步改进，步骤S3中，所述加热加热炉具体为：以3～5℃/min的速度加热加热炉到700℃～800℃。作为上述技术方案的进一步改进，步骤S5中，使用双电极方法进行电解，其中黑砷磷块材作为阴极，电解过程中，施加不同的电位将导致不同的反应速度，特别是本例中，施加-20V的电位时，仅需5分钟便能观察到晶体膨胀和溶液变成棕色。为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供一种脉冲光纤激光器，其采用的技术方案是：一种脉冲光纤激光器，包括泵浦源、波分复用器、增益光纤、偏振无关隔离器、第一光纤耦合器和第二光纤耦合器以及上述基于黑砷磷的脉冲激光调制组件；所述波分复用器、增益光纤、偏振无关隔离器、基于黑砷磷的脉冲激光调制组件中的偏振控制器、基于黑砷磷的脉冲激光调制组件中的可饱和吸收体装置、第一光纤耦合器通过光纤依次相连，所述泵浦源以及第一光纤耦合器的一个输出端均与波分复用器的输入端相接，所述第一光纤耦合器的另一个输出端与第二光纤耦合器的输入端相接；所述偏振无关隔离器的输出端与偏振控制器的输入端相接；所述基于黑砷磷的脉冲激光调制组件中的输出光纤与第一光纤耦合器的输入端相接。作为上述技术方案的进一步改进，所述增益光纤为掺稀土离子单模光纤。作为上述技术方案的进一步改进，所述泵浦源为激光二极管。本专利技术的有益技术效果：本专利技术通过采用黑砷磷二维材料作为可饱和吸收体，能通过采用不同砷磷浓度比的黑砷磷来调控价带与导带之间的间隙，其电子行为类似于半导体，具有独有的电子和光学性质。附图说明图1是基于黑砷磷的脉冲激光调制组件的结构示意图；图2是可饱和吸收体装置的内部结构图；图3是图2中标识部分的放大示意图；图4是脉冲光纤激光器的结构示意图；图5是实施例1的石英管及生长出的黑砷磷晶体的外观图；图6是实施例2的石英管及生长出的黑砷磷晶体的外观图；图7是实施例1与实施例2生长出的黑砷磷晶体的Raman及XRD图；图8是实施例1制备的黑砷磷晶体的SEM图；图9是不同原子配比的黑砷磷晶体光吸收带隙图；图10是实施例3实验结果的输出脉冲序列图；图11是实施例3实验结果的输出单脉冲图；图12是实施例4实验结果的输出脉冲序列图；图13是实施例4实验结果的输出单脉冲图；图14是实施例5实验结果的输出脉冲序列图；图15是实施例5实验结果的输出单脉冲图。具体实施方式为了便于本专利技术的实施，下面结合具体实例作进一步的说明。如图1所示，本实施例公开了一种基于黑本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于黑砷磷的脉冲激光调制组件，其特征在于，包括偏振控制器与可饱和吸收体装置；所述可饱和吸收体装置包括壳体以及设在壳体上的输入光纤与输出光纤，所述输入光纤与偏振控制器的输出端相连；所述输入光纤与输出光纤在壳体内通过可饱和吸收组件相连，所述可饱和吸收组件上设有可饱和吸收体，所述可饱和吸收体由黑砷磷制成。

【技术特征摘要】
1.一种基于黑砷磷的脉冲激光调制组件，其特征在于，包括偏振控制器与可饱和吸收体装置；所述可饱和吸收体装置包括壳体以及设在壳体上的输入光纤与输出光纤，所述输入光纤与偏振控制器的输出端相连；所述输入光纤与输出光纤在壳体内通过可饱和吸收组件相连，所述可饱和吸收组件上设有可饱和吸收体，所述可饱和吸收体由黑砷磷制成。2.根据权利要求1所述基于黑砷磷的脉冲激光调制组件，其特征在于，所述可饱和吸收组件包括位于壳体内的第一连接光纤与第二连接光纤，所述可饱和吸收体为夹持在第一连接光纤的尾端与第二连接光纤的首端之间的黑砷磷薄膜，所述第一连接光纤的首端与输入光纤相接，所述第二连接光纤的尾端与输出光纤相接。3.根据权利要求2所述基于黑砷磷的脉冲激光调制组件，其特征在于，所述黑砷磷薄膜的制备过程具体包括：S1、将砷磷混合物、锡粉与四碘化锡以质量比例10～60:1～3:0.5～1进行配料，将配料真空封装在低压的石英管中；S2、将封好的石英玻璃管水平放置在加热炉的加热区，加热加热炉并在加热后保持炉温2～3h；S3、在7～8h内将炉温冷却至450～550℃以完成对加热炉的第一次冷却，并在第一次冷却后保持炉温3～4h；S4、在3～4h内将炉温冷却室温以完成对加热炉的第二次冷却，第二次冷却后在石英管的冷端得到黑砷磷晶体。S5、将所得到的黑砷磷晶体进行电解，获得液态二维的黑砷磷薄膜；S6、对液态二维的黑砷磷薄膜进行抽滤，获得固态二维的黑砷磷薄膜。4.根据权利要求3所述基于黑砷磷的脉冲激光调制组件，其特征在于，步骤S1中，所述砷磷混合物中的砷为纯度在99....

【专利技术属性】
技术研发人员：吴坚，汪进，王涛，来文昌，常洪祥，马阎星，马鹏飞，粟荣涛，姜曼，周朴，姜宗福，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科技大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43