[发明专利]掺铬硒化锌纳米颗粒可饱和吸收体的制备及其构成全光纤调Q激光器

说明书

本发明涉及一种掺铬硒化锌纳米颗粒可饱和吸收体的制备及其构成全光纤调Q激光器，属于光纤激光技术领域。掺铬硒化锌在1.5~2.1 μm波段具有宽的吸收带和较大的吸收截面，其具有较高的损伤阈值，可作为一种优秀的可饱和吸收体。将飞秒激光消融法制备掺铬硒化锌纳米颗粒掺入聚乙烯醇或聚甲基丙烯酸甲酯中，可制得薄膜可饱和吸收体。本发明还提供了采用所述可饱和吸收体的环形腔调Q激光器，包括：波分复用器、增益光纤、光隔离器、偏振控制器、可饱和吸收器件和光纤耦合器。这种基于纳米颗粒薄膜可饱和吸收体，具有制备工艺简单、成本低、易于集成等优点，同时，所构建的全光纤结构激光器，具有结构紧凑、性能稳定等优点，适于实际应用。

技术领域

本发明属于光纤激光技术领域，具体涉及一种掺铬硒化锌纳米颗粒可饱和吸收体的制备及其构成全光纤调Q激光器。

背景技术

光纤调Q激光器具备光束质量好，峰值功率高，易于集成等特点，在光通讯、激光加工、生物医疗、光纤传感和激光雷达等领域有着很极其重要的作用。在激光腔内插入可饱和吸收体被动调Q是一种很常用的技术，利用材料的可饱和吸收特性，在光强较小的时候，材料的透过很小，腔内损耗很大，不能形成激射，当光强增大到饱和光强之后，材料透过很大，腔内损耗减小，建立起脉冲。相对于主动调Q技术来说，被动调Q具有结构简单紧凑，且不需要引入外部电控元件的优势。目前已经有许多材料可以作为可饱和吸收体使用，例如半导体可饱和吸收镜（SESAMs）、单壁碳纳米管(SWCNTs) 和石墨烯。SESAMs作为一种常见的可饱和吸收体，由于其吸收带宽相对窄、制作工艺复杂、成本高。SWCNTs具有低成本和易于集成的优势，但是需要复杂的操作来实现其在特定波长下工作。石墨烯可饱和吸收体具有吸收带宽宽、非线性效应强和恢复时间超快的优势，但是吸收系数小和零带隙特征等限制了其在光电器件中的应用。因此，一直以来，研究人员都在不断地研制新型高性能可饱和吸收体来满足不同的应用需求。

硒化锌是一种直接带隙材料，其结构为四配位的闪锌矿结构，在很宽的光谱范围有很高的透过率。在硒化锌基质中掺入与锌离子半径相近的铬离子后，铬离子的能级在基质晶场作用下分裂，由于存在很强的电子-声子耦合效应，使得掺铬硒化锌材料在中红外波段具有宽的吸收和发射带宽。这就使得该材料作为可饱和吸收体，具有很宽的工作带宽，适用于多种波段激光器的被动调制。此外，掺铬硒化锌具有较高的损伤阈值，适用于高功率激光系统。

掺铬硒化锌块体晶体已被证明可以作为可饱和吸收器件在激光器中使用，但其不适于构建被动调制的全光纤激光器。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种基于掺铬硒化锌纳米颗粒的可饱和吸收体，以及基于这种可饱和吸收体的全光纤调Q激光器。

本发明提供的可饱和吸收体是由聚乙烯醇（PVA）成膜的Cr²⁺:ZnSe纳米颗粒可饱和吸收体。所述的薄膜具有可饱和吸收特性，即在泵浦功率低的时候透过率小，在能量密度达到某一个很高的值时，薄膜就会“饱和”或“透明”，入射光几乎全部透过，腔内的光通量会急剧增大，建立起脉冲。

本发明提供的可饱和吸收体的制备方法，包括以下步骤。

（1）掺铬硒化锌纳米颗粒的制备。

（2）掺铬硒化锌纳米颗粒-PVA薄膜的制备。