具有可饱和吸收和反饱和吸收特性的饱和吸收体及其应用制造技术

本发明专利技术属于光纤激光技术领域，公开了一种具有可饱和吸收和反饱和吸收特性的饱和吸收体及其应用，被动调Q光纤激光器装置，包括980nm LD泵浦源、980nm/1550nm波分复用器、10％输出耦合器、掺铒增益光纤、偏振无关隔离器、单模光纤、偏振控制器、Fe

【技术实现步骤摘要】
具有可饱和吸收和反饱和吸收特性的饱和吸收体及其应用
本专利技术属于光纤激光
，尤其涉及一种具有可饱和吸收和反饱和吸收特性的饱和吸收体及其应用。
技术介绍
目前，稳定的超快脉冲光纤激光器，具有良好的散热性，低成本，重量小，在激光切割，激光通信和医疗领域得到了广泛的应用和发展。由于稳定脉冲光纤激光器具有较高的脉冲能量和峰值功率，其脉冲宽度也较短，这也使其优于连续波的激光器。这些特性使得它在激光加工和非线性光学中非常重要。现有的被动调Q光纤激光器主要是通过二维材料作为可饱和吸收体实现的。虽然近年来出现了很多新的饱和吸收体，脉冲光纤激光器技术也发展的非常迅速，但在被动调Q型光纤激光器中关于优化脉冲激光的输出特性的研究空间仍然很大。传统意义上改变光纤激光器脉冲激光输出特性(脉冲频率、脉冲宽度、单脉冲能量和脉冲的峰值功率)的有效途径是调整激光器谐振器的参数。一般通过减小腔长和增加光纤激光器的调制深度，可以有效地压缩调Q的脉冲宽度。在这种状态下，即使脉冲宽度减小，但是与此同时伴随着脉冲频率的增高，单个脉冲的峰值功率和脉冲能量也没有得到有效的提高。因此，对于被动调Q光纤激光器，怎样获得窄脉宽低频率的超快脉冲的研究是非常有意义的，需要进一步发展。通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：现有的被动调Q光纤激光器，即使脉冲宽度减小，但是与此同时伴随着脉冲频率的增高，单个脉冲的峰值功率和脉冲能量也没有得到有效的提高。现有的压缩脉冲宽度的方式为改变谐振腔的参数，但是用此种方法最然可以压缩脉冲宽度，但是与此同时伴随着重复频率的增加，即不能同时压缩脉冲宽度和重复频率。现有的被动调Q的光学转换效率(输出峰值功率除于泵浦功率)非常低，没有超过100％的，而本专利技术的光学转换效率高达855％。现有的被动调Q脉冲的峰值功率较低，一般不会超过100mW，而本专利技术产生的脉冲峰值功率高达556mW。解决以上问题及缺陷的难度为：降低脉冲宽度的同时会增加重复频率，也伴随着脉冲能量和峰值功率不能有效提升，由于增加的损耗不合理，导致光学转换效率很低。解决以上问题及缺陷的意义为：将填补国内外对低频率窄脉宽研究的空白。显著的提高了单脉冲能量和峰值功率，将在激光加工等领域有重大应用。显著的提高了光学转换效率，有利于高效率激光器的应用和发展。利用正反饱和结合的饱和吸收体，将打开对反饱和吸收体的应用和探索。也将打开对激光器输出特性调节的新的发展阶段。
技术实现思路
针对现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种具有可饱和吸收和反饱和吸收特性的饱和吸收体及其应用。本专利技术是这样实现的，一种具有可饱和吸收和反饱和吸收特性的饱和吸收体，包括：具有正可饱和吸收特性的正可饱和吸收体和反饱和吸收特性的反饱和吸收体；将正可饱和吸收体与反饱和吸收体体积比分别为1：3、1：4和1：5。所述正可饱和吸收体为Fe3O4纳米粒子；所述反饱和吸收体为聚酰亚胺。本专利技术的另一目的在于提供一种利用所述具有可饱和吸收和反饱和吸收特性的饱和吸收体的调q光纤激光器输出激光特性的调控方法，包括：利用正反饱和吸收特性实现光纤调q脉冲激光的输出特性优化，获得窄脉冲，低重频、高峰值功率和大单脉冲能量的脉冲输出。本专利技术的另一目的在于提供一种Fe3O4-PI复合薄膜，所述Fe3O4-PI复合薄膜由权利要求1所述的具有可饱和吸收和反饱和吸收特性的饱和吸收体制成。本专利技术的另一目的在于提供一种Fe3O4-PI复合薄膜的制备方法，包括：(1)用N-甲基吡咯烷酮对20wt.％液体PI进行稀释；(2)将1mg/mL的Fe3O4纳米粒子水溶液和分别以1：3、1：4和1：5的比例和PI溶液进行混合，并将混合物在50W的功率下进行超声处理1h，得到均匀的混合物；(3)将制备好的混合物均匀的滴在玻璃基板的表面，并在60℃的环境下蒸发10h，得到Fe3O4和PI的体积比分别为1：3、1：4和1：5的Fe3O4-PI薄膜。进一步，步骤(1)中，所述N-甲基吡咯烷酮和20wt.％液体PI的体积比为1：2。进一步，所述用N-甲基吡咯烷酮对20wt.％液体PI进行稀释后，充分搅拌并放在70W的功率下超声处理30min。本专利技术的另一目的在于提供一种应用所述的Fe3O4-PI复合薄膜的饱和吸收体实现的被动调Q光纤激光器装置，所述被动调Q光纤激光器装置，包括980nmLD泵浦源、980nm/1550nm波分复用器、10％输出耦合器、掺铒增益光纤、偏振无关隔离器、单模光纤、偏振控制器、Fe3O4-PI复合薄膜；其中，所述Fe3O4-PI复合薄膜是被切割成边长为0.5mm大小的正方形后放置在光纤跳线头上。进一步，所述半导体泵浦源，用于产生980nm泵浦光；所述偏振无关光隔离器，用于控制单向光传输；所述可饱和吸收体Fe3O4-PI复合薄膜，用于产生被动调Q；所述10％输出耦合器，用于观测输出脉冲激光；所述掺铒增益光纤，用于产生粒子数反转所需。进一步，所述光纤激光器的谐振腔由掺铒增益光纤、偏振无关光隔离器、偏振控制器和Fe3O4-PI复合薄膜组成，所述泵浦源连接波分复用器将泵浦光注入其中，波分复用器的输入端与泵浦源的输出端相连接，输出端和复用端与激光器的谐振腔相连接，输出耦合器的输入端和直通输出端连接在激光器的谐振腔中，输出耦合器的输出端连接光谱仪和示波器用来对输出的调Q脉冲激光进行特性检测。进一步，所述被动调Q光纤激光器装置，包括对脉冲宽度、输出频率、单脉冲能量和峰值功率的调节。进一步，所述可饱和吸收体Fe3O4-PI复合薄膜中，Fe3O4-PI的比例为1：3、1：4、1：5。当Fe3O4-PI的比例为1：3时，所产生的调Q脉冲的输出特性为：脉冲宽度为2.5μs、重复频率为46.27kHz、峰值功率和单脉冲能量分别为39.4mW和90.6nJ，Q开关的启动阈值为97mW，调制深度为4.31％，光学转换效率为25％；当Fe3O4-PI的比例为1：4时，所产生的调Q脉冲的输出特性为：脉冲宽度为2.1μs、重复频率为36.9kHz、峰值功率和单脉冲能量分别为50mW和103.7nJ，Q开关的启动阈值为97mW，调制深度为6.12％，光学转换效率为32％；当Fe3O4-PI的比例为1：5时，所产生的调Q脉冲的输出特性得到极大的优化，脉冲宽度压缩为0.669μs、重复频率压缩为5.51kHz、峰值功率和单脉冲能量分别提高为556mW和364nJ，Q开关的启动阈值降低至30mW，调制深度为10.36％，光学转换效率为855％。结合上述的所有技术方案，本专利技术所具备的优点及积极效果为：本专利技术通过具有可饱和吸收特性和反饱和吸收特性结合的饱和吸收体，并通过该饱和吸收体实现了对被动调Q脉冲输出特性的调节(同时压缩了脉冲宽度和重复频率，显著地提高了单脉冲能量、峰值功率和光学转换效率)；可饱和吸收体为Fe3O4纳米粒子，具有反饱和吸收特性的吸收体为聚酰亚胺；将本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有可饱和吸收和反饱和吸收特性的饱和吸收体，其特征在于，所述具有可饱和吸收和反饱和吸收特性的饱和吸收体包括：/n具有正可饱和吸收特性的正可饱和吸收体和反饱和吸收特性的反饱和吸收体；/n将正可饱和吸收体与反饱和吸收体体积比分别为1：3、1：4和1：5。/n

【技术特征摘要】
1.一种具有可饱和吸收和反饱和吸收特性的饱和吸收体，其特征在于，所述具有可饱和吸收和反饱和吸收特性的饱和吸收体包括：
具有正可饱和吸收特性的正可饱和吸收体和反饱和吸收特性的反饱和吸收体；
将正可饱和吸收体与反饱和吸收体体积比分别为1：3、1：4和1：5。


2.如权利要求1所述的具有可饱和吸收和反饱和吸收特性的饱和吸收体，其特征在于，所述正可饱和吸收体为Fe3O4纳米粒子；
所述反饱和吸收体为聚酰亚胺。


3.一种利用权利要求1～2任意一项所述具有可饱和吸收和反饱和吸收特性的饱和吸收体的调q光纤激光器输出激光特性的调控方法，其特征在于，所述调q光纤激光器输出激光特性的调控方法包括：
利用正反饱和吸收特性实现光纤调q脉冲激光的输出特性优化，获得窄脉冲，低重频、高峰值功率和大单脉冲能量的脉冲输出。


4.一种Fe3O4-PI复合薄膜，其特征在于，所述Fe3O4-PI复合薄膜由权利要求1～2任意一项所述的具有可饱和吸收和反饱和吸收特性的饱和吸收体制成。


5.一种Fe3O4-PI复合薄膜的制备方法，其特征在于，所述Fe3O4-PI复合薄膜的制备方法包括：
(1)用N-甲基吡咯烷酮对20wt.％液体PI进行稀释；
(2)将1mg/mL的Fe3O4纳米粒子水溶液和分别以1：3、1：4和1：5的比例和PI溶液进行混合，并将混合物在50W的功率下进行超声处理1h，得到均匀的混合物；
(3)将制备好的混合物均匀的滴在玻璃基板的表面，并在60℃的环境下蒸发10h，得到Fe3O4和PI的体积比分别为1：3、1：4和1：5的Fe3O4-PI薄膜。


6.如权利要求5所...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐英添，许崇阳，张贺，金亮，李岩，李卫岩，邹永刚，
申请(专利权)人：长春理工大学，
类型：发明
国别省市：吉林;22