本发明专利技术公开了一种可饱和吸收复合材料墨水、制备方法及基于该墨水的光纤激光器，将两种或者多种具有可饱和吸收特性的低维量子材料和表面活性剂溶于水制备成分散液；将水溶性高分子制备成水溶液；将上述两种溶液混合，经过超声处理后形成具有指定光学吸收特征的可饱和吸收复合材料墨水；并提供了将该复合材料墨水，通过喷墨打印装置或者喷涂装置，沉积于光纤激光器元件上实现锁模或者调Q激光脉冲的方法。本发明专利技术可实现光学参数灵活可控、损伤阈值高、并且集成度好的可饱和吸收器件；利用该器件可明显提高光纤激光器的工作可靠性以及输出功率稳定性，也可简化激光器设计，节省成本。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于激光和光电子器件领域，涉及一种可饱和吸收复合材料墨水、制备方法及基于该墨水的光纤激光器。
技术介绍
脉冲是指每间隔一定时间才发生一次的工作方式。以脉冲工作方式运转的激光器就是脉冲激光器。这类激光脉冲能量大、切割质量好，在加工类激光产品中属于高端产品，近年来在光通信系统、光电传感、生物医学、精密加工等方面得到了广泛的应用。实现激光脉冲一般有锁模和调Q两种方式。锁模激光器，是输出光脉冲宽度在皮秒量级或更短的激光器的统称(I皮秒=IO-12秒)，具有峰值功率高、时间灵敏度高等特点。调Q激光器与锁模激光器相比，一般产生脉冲重复频率更低，脉冲持续时间更长，脉冲能量更高。目前产生锁模或调Q激光器一般有主动方式和被动方式两类技术。由于使用被动方式产生脉冲无需外部电控器件，所以成为当前脉冲激光应用的首选技术。以被动方式实现激光脉冲的核心器件称为可饱和吸收体，是一种在激光工作波长具有吸收率随入射光功率增大而减小特征(也称光学可饱和吸收)的非线性光学器件。可饱和吸收体根据材料的不同，可具有多种不同器件结构和形态。目前比较成熟的可饱和吸收体是半导体可饱和吸收镜(SESAM)技术，其主要为依赖分子束外延(molecular beamepitaxy)制备而成的II1-V族化合物(如InGaAs, InP以及相关材料)多量子讲结构。但在实际应用中，却存在着光谱带宽受限、耦合难度大、损伤阈值低等一系列问题。近年来，多种低维量 子材料，如单壁碳纳米管、多壁碳纳米管、石墨烯、半导体纳米晶(也称半导体量子点)、金属纳米晶(也称金属纳米颗粒)、拓扑绝缘体纳米晶(也称拓扑绝缘体微片)等材料相继被发现具有光学可饱和吸收特性，并被应用在光纤激光器中产生脉冲激光。与传统的SESAM技术相比，低维量子材料可饱和吸收体具有更优秀的光学特性。目前该类基于低维量子材料的可饱和吸收体制备主要通过以下两种方法:(I)直接喷涂材料的固体粉末到光学元件上形成薄膜 ; (2)将材料分散到高分子或玻璃基质中形成独立的固态薄膜器件，并进而耦合到激光器的中。目前这两种可饱和吸收器件制备技术具有多种局限。例如:利用固体粉末喷涂方式制备的器件，往往会导致纳米材料形成具有尺寸在激光器工作波长量级或者更大的聚集体(aggregate)，这种聚集体的出现，可急剧增大可饱和吸收器件的散射损耗，同时更容易对器件产生光学损伤，限制了激光器的输出功率、稳定性和使用寿命。将材料分散到高分子或玻璃基质中形成固态薄膜器件虽然可以降低聚集体的影响，但是由于所制备的可饱和吸收体是独立光学元件，故其与激光器内其他元件耦合需要光学胶水，或者通过一组光学透镜等元件完成，这些元件间的相对位移对激光的可靠性和设计灵活性都带来了很大的限制。更为重要的是，目前已报道的低维量子材料可饱和吸收器件仅含有一种可饱和吸收材料，所以其非线性吸收的参数，如恢复时间、调制深度(低输入功率和高输入功率时，器件光透射率的变化)通常为该单一可饱和吸收材料的本征光学属性所决定，因而不能被很灵活地控制，严重限制了基于这些器件的脉冲激光器的参数优化范围。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种可饱和吸收复合材料墨水、制备方法及基于该墨水的光纤激光器，将低维量子材料(包括单壁碳纳米管、多壁碳纳米管、石墨烯、石墨烯纳米带、石墨烯量子点、半导体纳米晶、金属纳米晶、拓扑绝缘体纳米晶)制备成具有光学可饱和吸收特性的复合材料墨水的方法；并提供了将该复合材料墨水，沉积于光纤激光器元件上实现锁模或者调Q脉冲。其中低维量子材料可分为碳基纳米材料和非碳基纳米晶两类。碳基纳米材料可包括单壁碳纳米管、多壁碳纳米管、石墨烯(也包括氧化石墨烯、还原氧化石墨烯)、石墨烯纳米带、石墨烯量子点；非碳基纳米晶可包括半导体(硫化钥、硫化钨、硒化钥、硒化钨、碲化钥、締化鹤、硫化铅、硫化铺、硫砸化铺)纳米晶、金属(金、银、招)纳米晶、拓扑绝缘体(砸化铋、碲化铋、碲化銻)纳 米晶。制备本专利技术所述的复合材料墨水，两种或者多种低维量子材料可全部为碳基纳米材料，也可为碳基纳米材料和非碳基纳米晶材料的组合。实现本专利技术目的的技术解决方案为: 一种可饱和吸收复合材料墨水，包括具有光学可饱和吸收特性的低维量子材料和不具有光学可饱和吸收特性的水溶性高分子材料，其中低维量子材料的浓度为0.01g/L-5g/L，水溶性高分子的浓度为10g/L-200g/L，低维量子材料至少包含一种碳基纳米材料；其中碳基纳米材料占低维量子材料质量的1%_100%。所述墨水中还包括表面活性剂，其浓度为5g/L_30g/L。所述低维量子材料可为碳基纳米材料或非碳基的纳米晶材料，其中碳基纳米材料优选单壁碳纳米管、多壁碳纳米管、石墨烯、石墨烯纳米带、石墨烯量子点；非碳基的纳米晶材料包括半导体纳米晶、金属纳米晶、拓扑绝缘体纳米晶，半导体纳米晶中的半导体包括硫化钥、硫化鹤、砸化钥、砸化鹤、締化钥、締化鹤、硫化铅、硫化铺、硫砸化铺，金属纳米晶中的金属包括金、银、招，拓扑绝缘体纳米晶中的拓扑绝缘体包括硒化秘、締化秘、締化鍊；表面活性剂包括十二烷基硫酸钠(SDS)，十二烷基苯磺酸钠(SDBS)，四丁基溴化铵(TBA)，脱氧胆酸钠(SDC)，十六烷基三甲基溴化铵(CTAB);水溶性高分子包括聚乙烯醇(PVA)、聚丙烯酸胺(PAM)、纤维素(cellulose)。一种可饱和吸收复合材料墨水的制备方法，制备步骤如下:将具有可饱和吸收特性的低维量子材料和表面活性剂溶于水制备成分散液；将水溶性高分子材料制备成水溶液；将已经制得的两种溶液混合，经过超声处理后形成具有指定光学吸收特征的可饱和吸收复合材料墨水，其中其中低维量子材料的浓度为0.01g/L-5g/L，水溶性高分子的浓度为10g/L-200g/L,表面活性剂浓度为5g/L-30g/L。低维量子材料优选单壁碳纳米管、多壁碳纳米管、石墨烯、石墨烯纳米带、石墨烯量子点、硫化钥半导体纳米晶、硫化钨半导体纳米晶、硒化钥半导体纳米晶、硒化钨半导体纳米晶、碲化钥半导体纳米晶、碲化钨半导体纳米晶、硫化铅半导体纳米晶、硫化镉半导体纳米晶、硫砸化铺半导体纳米晶，金纳米晶、银纳米晶、招纳米晶、砸化秘拓扑绝缘体纳米晶、締化秘拓扑绝缘体纳米晶、締化鍊拓扑绝缘体纳米晶；表面活性剂优选十二烧基硫酸钠，十二烷基苯磺酸钠，四丁基溴化铵，脱氧胆酸钠，十六烷基三甲基溴化铵；水溶性高分子材料优选聚乙烯醇、聚丙烯酸胺、纤维素。上述低维量子材料分散液的制备方式有以下三种: a.低维量子材料固态粉末，主要适用于单壁或者多壁碳纳米管；利用表面活性剂，将低维量子材料固态粉末溶于水，通过常规条件下的超声分散和离心处理后，得到低维量子材料固态粉末分散液； b.低维量子材料的先驱块体材料，利用表面活性剂，并通过液相处理生成低维量子材料的水溶液，主要适用于石墨烯、石墨烯纳米带、石墨烯量子点、半导体纳米晶，以及拓扑绝缘体纳米晶；与上一方式类似，采用长时间超声分散和离心处理后，得到水溶液；超声分散时间不小于240分钟。c.金属纳米晶，利用化学还原反应，直接在水溶液中合成金属纳米晶的悬浊液。上述超声分散在0-25° C间进行1/6-5个小时；离心处理在10-30° C间进行1-5个小时，离心转速为每分钟5000-30000转本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种可饱和吸收复合材料墨水，其特征在于：包括具有光学可饱和吸收特性的低维量子材料和不具有光学可饱和吸收特性的水溶性高分子材料，其中低维量子材料的浓度为0.01g/L?5g/L，水溶性高分子的浓度为10g/L?200g/L，低维量子材料至少包含一种碳基纳米材料；其中碳基纳米材料占低维量子材料质量的1%?100%。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：王枫秋，
申请(专利权)人：王枫秋，
类型：发明
国别省市：
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