一种可饱和吸收体系统、制备方法及激光脉冲设备技术方案

本发明专利技术属于可饱和吸收体技术领域，公开了一种可饱和吸收体系统、制备方法及激光脉冲设备，饱和吸收特性可调节的光纤型可饱和吸收体器件包括：材料制备部分和器件部分；所述材料制备部分包括容器本体、材料注入口A、材料注入口B、溶液注入口、搅拌装置、搅拌器件、阀门拉动开关A；所述器件部分包括光纤接口、器件支架及底座A、器件支架及底座B、饱和吸收体器件、阀门拉动开关B、溶液输出口。本发明专利技术可以通过控制材料的浓度、组分等特性来调控饱和吸收体器件的性能参数，恰好可以满足不同种类脉冲激光产生的要求，在光纤传感、军事以及基础研究领域脉冲激光器也具有重要的潜在应用，具有较高的实用价值。

【技术实现步骤摘要】
一种可饱和吸收体系统、制备方法及激光脉冲设备
本专利技术属于可饱和吸收体
，尤其涉及一种可饱和吸收体系统、制备方法及激光脉冲设备。
技术介绍
目前，激光技术与原子能、半导体以及计算机技术被称为二十世纪的四项重大专利技术。脉冲激光是物理学、化学、生物学以及激光光谱学等学科对微观世界进行研究的重要手段。锁模和调Q是产生脉冲激光的两种行之有效的方式，锁模技术可以产生ps-fs量级的脉冲，调Q技术则可以产生μs-ns量级的脉冲。由于其具有持续时间短，瞬时功率高等特点，在激光加工、激光通讯、激光医疗、激光雷达、光学相干层析以及国防等研究领域具有十分重要的应用。与传统固体激光器相比，光纤激光器则具有效率高、光束质量好、成本低廉以及结构紧凑等优点，成为了科研领域的研究热点。可饱和吸收体是产生脉冲激光的核心器件。可饱和吸收的原理：激光在激光腔内会反复通过可饱和吸收体，可饱和吸收体对光的吸收会随着入射光强增大而减小，当吸收达到饱和时，停止吸收并形成脉冲激光。这个过程也可以描述为可饱和吸收体在弱光情况下吸收并积蓄能量，而在强光状况下，光学损耗变小，透射率增大，达到“饱和”状态，可以瞬间释放所吸收的能量。利用这个特性可以实现激光器的锁模或调Q激光输出。可饱和吸收体的主要参数主要有饱和强度、调制深度、非饱和损耗、响应时间等，通过调节上述参数，可以调节饱和吸收体的特性，进而获得不同特性的脉冲激光输出。最初发展的可饱和吸收体是基于染料的饱和吸收体，但染料有毒性、寿命短，需要经常更换，限制了它的实际应用。随后，利用基于克尔效应的可饱和吸收体实现了超短脉冲激光输出，但该方式的效率较低，不易实现自启动等。随着半导体可饱和吸收镜(SemiconductorSaturableAbsorberMirrors,SESAMs)的出现，脉冲激光器的发展进入了一个崭新的阶段，但由于其结构中需要引入反射镜，使得激光器的结构变得复杂，且不易于实现全光纤结构。此外，SESAMs的制备过程复杂，价格昂贵，极大地限制了基于该器件超短脉冲光纤激光器的发展。因此，人们仍在不断寻找、探索新型可饱和吸收体材料及其器件。近年来，纳米技术在克服传统半导体技术的很多不足方面表现出了巨大的潜力。碳纳米管和石墨烯等纳米材料的出现在光学器件上表现出了极大的优越性。通过调节碳纳米管的管径可以调节其吸收峰的位置；通过改变石墨烯的层数，可以调节其调制深度等特性，进而改变其饱和吸收特性。由于具有与石墨烯相似的特性，拓扑绝缘体也引起了研究者的关注。通过改变材料的形貌、尺寸等特性，也可以调节其饱和吸收特性。随着纳米技术的深入发展，表面等离激元材料由于具有独特的局域表面等离激元共振特性受到科研人员的广泛关注。通过调节材料的尺寸、形貌可以获得较大范围的表面等离激元共振吸收。金纳米材料作为一种典型的表面等离激元材料，除了具有表面等离激元共振吸收特性外，还具有较高的三阶非线性系数、较快的恢复时间、制作简单、易与光纤集成以及其特殊的吸收光谱特性，具有成为新型可饱和吸收体的潜力。目前，基于上述饱和吸收体材料的锁模和调Q脉冲光纤激光器均有大量的研究报道。为了获得性能优异的脉冲激光输出，需要不断改进材料的形貌、结构等参数，但材料的制备重复性不高会严重影响饱和吸收体器件的稳定性。此外，反复更换可饱和吸收体器件，也会导致激光器系统的稳定性变差。因此，制备一种具有饱和吸收特性可调节的可饱和吸收体器件对于实现脉冲激光极为重要。可饱和吸收体器件的参数性能对于脉冲激光产生起到至关重要的作用。通过研究发现，除材料自身的结构属性外，通过调节材料的浓度及组分等参数，也可有效调节可饱和吸收体的参数性能。通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：(1)基于染料的饱和吸收体，但染料有毒性、寿命短，需要经常更换，限制了它的实际应用。(2)利用基于克尔效应的可饱和吸收体实现了超短脉冲激光输出，但该方式的效率较低，不易实现自启动等。(3)脉冲激光器由于其结构中需要引入反射镜，使得激光器的结构变得复杂，且不易于实现全光纤结构。此外，SESAMs的制备过程复杂，价格昂贵，极大地限制了基于该器件超短脉冲光纤激光器的发展。(4)为了获得性能优异的脉冲激光输出，需要不断改进材料的形貌、结构等参数，但材料的制备重复性不高会严重影响饱和吸收体器件的稳定性。此外，反复更换可饱和吸收体器件，也会导致激光器系统的稳定性变差。解决以上问题及缺陷的难度为：(1)染料的毒性无法避免，使用寿命无法延长；(2)克尔效应属于非线性效应，需要较高的峰值功率来泵浦；(3)SESAMs制备需要镜片作为基底，经过多层制备完成，制备条件苛刻，制备工艺复杂，无法制备成全光纤结构；(4)对于纳米材料，形貌完全一致的材料重复制备率不高，反复更换材料会导致材料性能变化；最重要的是反复更换全光纤器件也不易于全光纤结构的集成及激光器性能的稳定。此外，上述可饱和吸收体器件一旦置入激光腔中，其饱和吸收特性便被锁定，无法进行调节。解决以上问题及缺陷的意义为：全光纤器件的体积小、抗外界干扰性能好，利用全光纤器件构成的全光纤激光器具有结构紧凑、光束质量高、体积小、成本低廉、环境稳定性好等特点，被认为是理想的脉冲光源，而被广泛应用在激光通讯、激光雕刻以及工业加工等领域。该专利技术器件，可以在不破坏激光腔结构的前提下，实现可饱和吸收体饱和吸收特性的调节，进而对脉冲激光器的性能产生改变，为实现宽波段、可调谐的脉冲光纤激光器提供了新的研究思路。
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可饱和吸收体系统、制备方法及激光脉冲设备，具体涉及一种饱和吸收特性可调节的光纤型可饱和吸收体器件。本专利技术是这样实现的，一种饱可饱和吸收体系统包括材料制备部分和器件部分。所述材料制备部分包括容器本体、材料注入口A、材料注入口B、溶液注入口、搅拌装置、搅拌器件、阀门拉动开关A；材料注入口A和B分别位于容器本体的两侧，方便不同材料的注入；搅拌器件与搅拌装置结合在一起，用于将材料A、B的均匀混合；混合后的溶液通过溶液注入口进入到饱和吸收体器件部分，通过控制拉动阀门开关A的速度来控制混合溶液的输入量。所述器件部分包括光纤接口、器件支架及底座A、器件支架及底座B、饱和吸收体器件、阀门拉动开关B、溶液输出口。当饱和吸收体器件置于光纤激光器中，光纤接口用于连接两端输入及输出光纤，传导光信号；器件支架及底座A、B用于将饱和吸收体器件固定在光学平台或者激光器底板；饱和吸收体器件为装置饱和吸收体溶液的主体部分；当需要更换饱和吸收体溶液时，可将废弃溶液通过溶液输出口排出，通过控制拉动阀门开关B的速度来控制混合溶液的排出量。进一步，材料制备部分中，所述容器按照光纤FC/PC结构设计，所述材质是铝、铁或镁铝合金中的任意一种。进一步，材料制备部分中，所述材料注入口A用于注入不同的饱和吸收体材料；所述材料注入口B则为表面活性剂材料注入端口。进一步，所述饱和吸收体材料为碳纳米材料、金纳米材料、拓扑绝缘体材料或硫化铜纳米材料中的任意一种或几种。<本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种可饱和吸收体系统，其特征在于，所述可饱和吸收体系统包括：/n材料制备部分和器件部分；/n所述材料制备部分包括容器本体、材料注入口A、材料注入口B、溶液注入口、搅拌装置、搅拌器件、阀门拉动开关A；/n材料注入口A和B分别位于容器本体的两侧，用于不同材料的注入；搅拌器件与搅拌装置结合在一起，用于将材料A、B的均匀混合；混合后的溶液通过溶液注入口进入到饱和吸收体器件部分，通过控制拉动阀门开关A的速度控制混合溶液的输入量；/n所述器件部分包括光纤接口、器件支架及底座A、器件支架及底座B、饱和吸收体器件、阀门拉动开关B、溶液输出口；/n器件部分置于光纤激光器中，光纤接口用于连接两端输入及输出光纤，传导光信号；器件支架及底座A、B用于将饱和吸收体器件固定在光学平台或者激光器底板；需要更换饱和吸收体溶液时，将废弃溶液通过溶液输出口排出，通过控制拉动阀门开关B的速度控制混合溶液的排出量。/n

【技术特征摘要】
1.一种可饱和吸收体系统，其特征在于，所述可饱和吸收体系统包括：
材料制备部分和器件部分；
所述材料制备部分包括容器本体、材料注入口A、材料注入口B、溶液注入口、搅拌装置、搅拌器件、阀门拉动开关A；
材料注入口A和B分别位于容器本体的两侧，用于不同材料的注入；搅拌器件与搅拌装置结合在一起，用于将材料A、B的均匀混合；混合后的溶液通过溶液注入口进入到饱和吸收体器件部分，通过控制拉动阀门开关A的速度控制混合溶液的输入量；
所述器件部分包括光纤接口、器件支架及底座A、器件支架及底座B、饱和吸收体器件、阀门拉动开关B、溶液输出口；
器件部分置于光纤激光器中，光纤接口用于连接两端输入及输出光纤，传导光信号；器件支架及底座A、B用于将饱和吸收体器件固定在光学平台或者激光器底板；需要更换饱和吸收体溶液时，将废弃溶液通过溶液输出口排出，通过控制拉动阀门开关B的速度控制混合溶液的排出量。


2.如权利要求1所述的可饱和吸收体系统，其特征在于，材料制备部分中，所述容器采用光纤FC/PC结构，所述材质是铝、铁或镁铝合金中的任意一种。


3.如权利要求1所述的可饱和吸收体系统，其特征在于，材料制备部分中，所述材料注入口A用于注入不同的饱和吸收体材料；所述材料注入口B则为表面活性剂材料注入端口。


4.如权利要求3所述的可饱和吸收体系统，其特征在于，所述饱和吸收体材料为碳纳米材料、金纳米材料、拓扑绝缘体材料或硫化铜纳米材料中的任意一种或几种。

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【专利技术属性】
技术研发人员：康喆，李振伟，刘承志，秦冠仕，秦伟平，
申请(专利权)人：中国科学院国家天文台长春人造卫星观测站，
类型：发明
国别省市：吉林;22