一种基于二碲化铂的可饱和吸收体及其制备方法和应用

本发明涉及超快光纤激光器，更具体地，涉及一种基于二碲化铂的可饱和吸收体及其制备方法和应用。

背景技术：

1、超快脉冲激光器自出现以来因其脉冲宽度窄、峰值功率高、结构紧凑简单、环境稳定性高、体积小等优点，引起了各界学者极大的研究兴趣。近年来，在生物医学治疗、精细材料加工、光谱学、科研应用等领域都有广泛的应用。可饱和吸收体作为一种调制器件，应用于超快脉冲光纤激光器中，连续波经过可饱和吸收体后可以通过调制得到锁模脉冲激光输出。因此，可饱和吸收体是得到锁模脉冲的关键。

2、近年来，已开发了许多不同的材料用作可饱和吸收体用于被动锁模光纤激光器。其中，半导体可饱和吸收镜(sesam)因其高稳定性是目前应用最成熟的可饱和吸收体，但仍存在高的制造成本和复杂的制造工艺等缺点。因此，有必要寻找一种具有更好性能的可饱和吸收体材料。最近，二维材料由其独特的层状结构和新颖的物理性质受到了广泛的关注。研究发现二维材料具有良好的可饱和吸收性能，包括石墨烯、黑磷和过渡金属硫化物等，比如专利名称为一种基于石墨烯的锁模激光器的中国专利提供的锁模激光器就以石墨烯作为可饱和吸收体的材料。但是，基于上述二维材料的可饱和吸收体也存在很多不足，比如：具有大带隙可调谐性的黑磷是一种新型可饱和吸收体，同时黑磷还具有高调制深度和高载流子迁移率，但其空气稳定性差的缺点导致器件性能下降，严重限制了其实际应用。过渡金属硫化物作为可饱和吸收体材料时具有吸收效率高和光-物质相互作用强等优点，但过渡金属硫化物普遍具有宽带隙和载流子恢复时间长的特点，导致其难以实现超短脉冲输出。

3、因此，需解决目前可饱和吸收体的空气稳定性差和难以实现超短脉冲输出的问题。

技术实现思路

1、本发明的首要目的是克服上述现有目前可饱和吸收体的空气稳定性差和难以实现超短脉冲输出的问题，提供一种基于二碲化铂的可饱和吸收体的制备方法。该制备方法得到的基于二碲化铂的可饱和吸收体具有良好的空气稳定性，且进一步制备得到的掺铒锁模光纤激光器可产生稳定的飞秒级锁模脉冲，脉冲强度高，响应时间短，具有优异的锁模性能。

2、本发明的进一步目的是提供一种基于二碲化铂的可饱和吸收体。

3、本发明的进一步目的是提供上述基于二碲化铂的可饱和吸收体作为调制器在制备光纤激光器中的应用。

4、本发明的进一步目的是提供一种掺铒锁模光纤激光器。

5、本发明的上述目的通过以下技术方案实现：

6、一种基于二碲化铂的可饱和吸收体的制备方法，包括如下步骤：

7、s1.在衬底上沉积铂金属膜，得铂金属膜-衬底；

8、s2.将铂金属膜-衬底置于420～500℃的碲蒸汽中，保温50～60min，得二碲化铂薄膜-衬底；

9、s3.从二碲化铂薄膜-衬底中剥离二碲化铂薄膜，将二碲化铂薄膜转移到拉锥光纤的锥区，即得所述基于二碲化铂的可饱和吸收体；

10、步骤s1中所述铂金属膜的厚度为5～10nm。

11、本发明的发明人通过多次研究发现，首先控制在衬底上沉积形成的铂金属膜的厚度在特定范围内(5～10nm)，然后在特定温度(420～500℃)的碲蒸汽中保温特定的时间(50～60min)，得到的二碲化铂薄膜做成基于二碲化铂的可饱和吸收体具有良好的空气稳定性，且该基于二碲化铂的可饱和吸收体作为调制器制成的掺铒锁模光纤激光器可产生稳定的飞秒级锁模脉冲，脉冲强度高，响应时间短，具有优异的锁模性能。其原因是：如果铂金属膜的厚度太厚(如15nm)，则不利于二碲化铂薄膜的剥离和转移，且可饱和吸收体作为调制器容易造成较大的光损耗，如此要想达到锁模所需要的启动阈值，则需要更大的泵浦功率，容易达到其他光学器件的阈值造成器件损伤；如果铂金属膜的厚度太小(如3nm)，则制成的可饱和吸收体往往材料较薄，导致光透过率较高，不利于获得性能优异的锁模脉冲输出。如果碲蒸汽的温度太低(如400℃)或保温的时间过短，存在影响真实的锁模性能的可能性，也不利于获得性能优异的锁模脉冲输出，其原因是铂金属膜反应不完全，二碲化铂薄膜存在铂单质。

12、即本发明的制备方法得到的基于二碲化铂的可饱和吸收体具有良好的空气稳定性，且进一步制备得到的掺铒锁模光纤激光器可产生稳定的飞秒级锁模脉冲，脉冲强度高，响应时间短，具有优异的锁模性能。

13、优选地，步骤s1中所述沉积通过磁控溅射的方式实现。

14、采用磁控溅射的方式，形成的二碲化铂薄膜厚度更加均匀，质量更加稳定。

15、更为优选地，所述磁控溅射的条件为：溅射气压为1.0～1.5pa，ar流量为50～60sccm，射频功率为90～150w，衬底加热至100～150℃，沉积时间250～500s。

16、在该磁控溅射条件下，形成的二碲化铂薄膜厚度更加均匀，质量更加稳定，更有利于进一步制得的掺铒锁模光纤激光器获得优异的锁模性能。

17、更为优选地，所述磁控溅射采用铂多晶块体作为靶材。

18、优选地，步骤s2的具体过程为：将铂金属膜-衬底放置在石英管的中游，碲粉放置于石英管的上游，在保护气体氛围下，升温至420～500℃，碲粉转变为碲蒸汽，保温50～60min，保温期间，以55～65sccm的流速将碲蒸汽输送到石英管的中游，发生化学气相沉积反应，得二碲化铂薄膜-衬底。

19、更为优选地，所述保护气体为氮气和氢气的混合气，且氮气和氢气的体积比为(9～10):1。

20、更为优选地，所述升温的升温时间为30～40min。

21、更为优选地，所述保温50～60min之后，再自然降温至25～35℃。

22、更为优选地，所述碲粉的纯度≥99.99％。

23、优选地，步骤s3中所述剥离的具体过程为：先将聚甲基丙烯酸甲酯旋涂于二碲化铂薄膜-衬底的表面，然后100～120℃的条件下烘干，再进行刻蚀、清洗，最后将碲化铂薄膜从衬底上剥离下来。

24、更为优选地，所述旋涂的转速为2000～3000rpm/min，时间为30～60s。

25、更为优选地，所述刻蚀的时间为3～5min。

26、优选地，步骤s3中所述拉锥光纤为单模光纤；所述拉锥光纤的锥区的长度为9～10mm，直径为8～10μm。

27、选用该特定的拉锥光纤跟二碲化铂薄膜配合，制得的基于二碲化铂的可饱和吸收体用于制备掺铒锁模光纤激光器，能获得更优异的锁模性能。

28、一种基于二碲化铂的可饱和吸收体，通过上述制备方法制备得到。

29、上述基于二碲化铂的可饱和吸收体作为调制器在制备光纤激光器中的应用也在本发明的保护范围内。

30、一种掺铒锁模光纤激光器，包括调制器，所述调制器为上述基于二碲化铂的可饱和吸收体。

31、优选地，所述掺铒锁模光纤激光器还包括泵浦源、波分复用器、掺铒增益光纤(3)、光隔离器、光耦合器和偏振控制器；所述波分复用器包括第一输出端和第二输出端；所述泵浦源、波分复用器、掺铒增益光纤、光隔离器、光耦合器、偏振控制器和调制器依次连接，其中，所述波分复用器和掺铒增益光纤通过波分复用器的第一输出端连接；所述调制器与波分复用器的第二输出端连接并形成环形谐振腔。

32、本发明的掺铒锁模光纤激光器可产生稳定的飞秒级锁模脉冲，脉冲强度高，响应时间短，具有优异的锁模性能；且装置结构简单，易于组装，操作方便，采用全光纤结构，光路内光束质量高，稳定性好，不受外部环境干扰。

33、优选地，所述光耦合器包括90％输出端和10％输出端。

34、优选地，所述泵浦源的波长为974～978nm；所述波分复用器的工作波长为1547～1553nm。

35、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

36、本发明的制备方法得到的基于二碲化铂的可饱和吸收体具有良好的空气稳定性，且进一步制备得到的掺铒锁模光纤激光器可产生稳定的飞秒级锁模脉冲，脉冲强度高，响应时间短，具有优异的锁模性能。