[发明专利]一种量子点可饱和吸收体薄膜的制备方法及其在脉冲光纤激光器中的应用

说明书

本发明属于脉冲光纤激光器技术领域，具体涉及一种量子点可饱和吸收体薄膜的制备方法及其在脉冲光纤激光器中的应用，为开发出一种能在大气环境下稳定的Ti₃C₂T_x可饱和吸收体，本发明首次提供了一种Ti₃C₂T_x量子点可饱和吸收体薄膜的制备方法，所制备得到的Ti₃C₂T_x量子点可饱和吸收体薄膜具有良好的可饱和吸收特性，加入光路内无需其它操作即能产生调Q及锁膜信号，在获得稳定输出的超快激光的同时还能实现稳定的调Q与锁膜激光输出的相互转换。该Ti₃C₂T_x量子点可饱和吸收体薄膜在大气或激光负载下非常稳定，充分解决了Ti₃C₂T_x的变质问题且其制备工艺简单、易于保存和封装，有利于商业化和大规模生产。

技术领域

本发明属于脉冲光纤激光器技术领域，具体涉及一种量子点可饱和吸收体薄膜的制备方法及其在脉冲光纤激光器中的应用。

背景技术

光纤激光器具有结构紧凑、光束质量好、高稳定性及高转换效率等优势，使其在精密加工、手术医疗、科研等领域具有重要的研究价值和应用前景。而作为光纤激光器重要分支之一的脉冲光纤激光器能够将长脉冲或连续激光转换为脉冲宽度为皮秒甚至飞秒量级的超快激光，并输出超高的峰值功率。这一优势使得脉冲光纤激光器受到研究者们的广泛关注，并被视为最有潜力的激光光源之一。

目前，能够将连续光纤激光器转换为脉冲光纤激光器的技术主要有调Q技术和锁膜技术。其中，通过调Q技术一般可以获得脉宽为纳秒或微秒级别的脉冲光纤激光器，这种激光器的脉冲能量高，被广泛应用于工业上的激光打标、激光清洗和激光喷丸等领域；相比于调Q技术，锁膜技术则可以获得皮秒甚至飞秒量级的脉冲光纤激光器，这种激光器脉宽极窄，峰值功率高，可应用于医学手术、光谱学、超精密加工和精密测距等领域。而获得脉冲激光的重要方法是被动调Q及锁膜，其中以可饱和吸收体(SAs)作为光学调制器件获得脉冲激光输出的研究及应用最为广泛。其基本原理是在光路中加入饱和吸收体，光源通过饱和吸收体之后，边翼部分的损耗大于中央部分，从而导致光脉冲变窄，产生超窄脉冲激光。当前，半导体可饱和吸收镜(SESAM)是比较成熟的商用可饱和吸收体，其最大的优点是性能稳定，但也存在诸多缺点，比如制备过程复杂、价格昂贵、工作波长窄、损伤阈值低等。因此，探索可作为可饱和吸收体的新材料是今后的研究热点和重点。

二维材料【石墨烯、碳纳米管(CNT)、黑鳞(BP)、过渡金属硫族化和物(TMDs)、拓扑绝缘体(TIs)、MXenes等】因具有独特的二维电子特性而受到广泛的关注。其中，MXenes以其广泛的光吸收特性和可调谐的电子结构在非线性光学中展现出极强的潜力，并有望取代商用可饱和吸收镜(SESAM)。Ti₃C₂T_x是2011年首次合成的一种MXenes，其自首次合成以来便持续受到广泛的研究和关注，有研究利用D型光纤首次验证了Ti₃C₂T_x的可饱和吸收特性，在1550nm平台与1064nm脉冲光纤激光器中分别得到了脉冲宽度为159fs和480ps的锁膜激光输出。但Ti₃C₂T_x在含氧环境下不稳定并极易转变为TiO₂，从而导致其可饱和吸收特性丧失。这一缺陷使其推广应用受到了制约。因此，为解决上述缺陷，开发出一种能在大气环境下稳定的Ti₃C₂T_x可饱和吸收体显得颇为重要。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明的首要目的是提供一种Ti₃C₂T_x量子点可饱和吸收体薄膜的制备方法及其在脉冲光纤激光器中的应用。