[发明专利]一种基于等离激元轴向振动模的可饱和吸收体

说明书

技术领域

本发明属于超短脉冲激光技术领域，具体涉及一种由成膜剂材料和金纳米棒组成的基于等离激元轴向振动模的可用于光纤激光器锁模的可饱和吸收体。

背景技术

脉冲激光技术是激光发明以后发展起来的一门新兴的学科分支。它不仅具有超高的峰值功率，而且具有超短的脉冲宽度，所以其在工业加工、通信、医学、光信息处理、基础研究、军事等领域有着广阔的应用前景。脉冲激光器经历了从染料激光器到固体激光器的发展，开辟了科学和工业应用的新时代。但其价格昂贵、体积庞大、对环境的稳定性差等缺陷阻碍了脉冲激光的应用。因此探索新的机理，新的材料，研制新一代的脉冲激光成为世界范围内的热门研究课题。

与传统固体激光器相比，光纤激光器具有效率高、光束质量好、成本低廉、体积小巧、便于集成及稳定性好等优点。调Q和锁模技术是产生脉冲激光的两种主要途径。以锁模激光技术为例，锁模激光器一般分为主动锁模激光器和被动锁模激光器。但是，主动锁模激光器容易受到外界环境(如温度变化、机械振动)、超模噪声、谐振腔内偏振态起伏等因素的影响，导致脉宽展宽、频率失谐和脉冲抖动。而被动锁模激光器对激光腔内部的色散和非线性效应依赖极强，存在输出脉冲的幅值、脉冲宽度、重复频率不稳定的情况，且输出光谱存在明显的边带，这些都是目前锁模激光器中存在的一些缺点。因此，进一步研究和提高锁模激光器的性能有着非常重要的学术意义和实际应用意义。

与主动锁激光器相比，被动锁模激光器由于具有更简单、更紧凑的结构，更加受到人们的关注。被动锁模通常利用可饱和效应实现，比较常用的是半导体材料的可饱和吸收体，但是它会引入反射镜，增加了激光器的复杂性，而且不能实现全光纤结构。最近，研究者们把主要的精力都投入到了单臂碳纳米管和石墨烯制作的用于被动锁模的可饱和吸收体，它们的主要优点在于易于与光纤激光器集成，较高的非线性系数，较低的饱和吸收能，较快的恢复时间，和较简单的制备过程。但是目前它们还有许多优化工作需要做（较高的可饱和吸收强度，较低的损伤阈值）。金纳米棒同样也具有较高的非线性系数、较快的恢复时间、制作简单、易于与光纤集成以及其特殊的吸收光谱特性，它具有成为新型可饱和吸收体的潜力。

有报道球形的金纳米粒子可以用于实现调Q的脉冲激光输出，但是球形金纳米粒子由于结构上的高度对称性，等离激元振动也是各向同性的，表现为单一的表面等离激元共振吸收峰，且其等离激元共振峰的位置局限在510-530nm波长范围。通过调节球形金纳米粒子的团聚可以使其吸收峰展宽，但是球形金纳米粒子的这种团聚很难控制。与球形的金纳米粒子相比，棒状的金纳米粒子由于结构的各相异性，导致各个方向上电子的极化程度不同，振动模式不同，由此产生了两个表面等离激元体共振模式。随着长径比的增加，两个表面等离激元体共振吸收峰的频率（或波长）分离也增加。高频率（短波长）共振峰由垂直于棒轴向的电子共振产生，称之为横向表面等离激元共振吸收峰，位于510-530nm范围；另一个在较大波长范围内移动的共振峰由沿着纳米棒轴向的电子共振产生，称为纵向等离激元共振吸收峰。随着长径比的变化，横向表面等离激元共振吸收峰位置变化较小，而轴向表面等离激元共振峰的位置可以在可见-近红外较宽波段内移动。

寻找一种具有可饱和吸收性质的材料是实现新型锁模光纤激光器的理想方案之一。金纳米棒与成膜剂材料结合可形成用于锁模光纤激光器的可饱和吸收体，恰好可以满足这种要求。锁模光纤激光器在材料制备，光纤传感，医学，军事以及基础研究领域具有重要的潜在应用，因此我们的发明具有较高的实用价值。

发明内容

单臂碳纳米管和石墨烯是实现全光纤被动锁模光纤激光器可饱和吸收体的两种主要材料。为了拓展可饱和吸收体的种类，本发明的目的是制备一种基于等离激元轴向振动模的可用于光纤激光器锁模的可饱和吸收体，可饱和吸收体由金纳米棒和成膜剂材料组成，可用于环形腔或线型腔锁模光纤激光器。