[發明專利]一種基于等離激元軸向振動模的可飽和吸收體

有效

• 申請號: 201310293575.2
• 申請日: 2013-07-12
• 公開（公告）號: CN103401133A
• 公開（公告）日: 2013-11-20
• 發明（設計）人: 秦冠仕;秦偉平;康喆;趙丹;吳長鋒;賈志旭;劉來
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: H01S3/098
• 分類號: H01S3/098;H01S3/067
• 代理公司: 長春吉大專利代理有限責任公司 22201
• 代理人: 張景林;王恩遠

技術領域

本發明屬于超短脈沖激光技術領域，具體涉及一種由成膜劑材料和金納米棒組成的基于等離激元軸向振動模的可用于光纖激光器鎖模的可飽和吸收體。

背景技術

脈沖激光技術是激光發明以后發展起來的一門新興的學科分支。它不僅具有超高的峰值功率，而且具有超短的脈沖寬度，所以其在工業加工、通信、醫學、光信息處理、基礎研究、軍事等領域有著廣闊的應用前景。脈沖激光器經歷了從染料激光器到固體激光器的發展，開辟了科學和工業應用的新時代。但其價格昂貴、體積龐大、對環境的穩定性差等缺陷阻礙了脈沖激光的應用。因此探索新的機理，新的材料，研制新一代的脈沖激光成為世界范圍內的熱門研究課題。

與傳統固體激光器相比，光纖激光器具有效率高、光束質量好、成本低廉、體積小巧、便于集成及穩定性好等優點。調Q和鎖模技術是產生脈沖激光的兩種主要途徑。以鎖模激光技術為例，鎖模激光器一般分為主動鎖模激光器和被動鎖模激光器。但是，主動鎖模激光器容易受到外界環境(如溫度變化、機械振動)、超模噪聲、諧振腔內偏振態起伏等因素的影響，導致脈寬展寬、頻率失諧和脈沖抖動。而被動鎖模激光器對激光腔內部的色散和非線性效應依賴極強，存在輸出脈沖的幅值、脈沖寬度、重復頻率不穩定的情況，且輸出光譜存在明顯的邊帶，這些都是目前鎖模激光器中存在的一些缺點。因此，進一步研究和提高鎖模激光器的性能有著非常重要的學術意義和實際應用意義。

與主動鎖激光器相比，被動鎖模激光器由于具有更簡單、更緊湊的結構，更加受到人們的關注。被動鎖模通常利用可飽和效應實現，比較常用的是半導體材料的可飽和吸收體，但是它會引入反射鏡，增加了激光器的復雜性，而且不能實現全光纖結構。最近，研究者們把主要的精力都投入到了單臂碳納米管和石墨烯制作的用于被動鎖模的可飽和吸收體，它們的主要優點在于易于與光纖激光器集成，較高的非線性系數，較低的飽和吸收能，較快的恢復時間，和較簡單的制備過程。但是目前它們還有許多優化工作需要做（較高的可飽和吸收強度，較低的損傷閾值）。金納米棒同樣也具有較高的非線性系數、較快的恢復時間、制作簡單、易于與光纖集成以及其特殊的吸收光譜特性，它具有成為新型可飽和吸收體的潛力。

有報道球形的金納米粒子可以用于實現調Q的脈沖激光輸出，但是球形金納米粒子由于結構上的高度對稱性，等離激元振動也是各向同性的，表現為單一的表面等離激元共振吸收峰，且其等離激元共振峰的位置局限在510-530nm波長范圍。通過調節球形金納米粒子的團聚可以使其吸收峰展寬，但是球形金納米粒子的這種團聚很難控制。與球形的金納米粒子相比，棒狀的金納米粒子由于結構的各相異性，導致各個方向上電子的極化程度不同，振動模式不同，由此產生了兩個表面等離激元體共振模式。隨著長徑比的增加，兩個表面等離激元體共振吸收峰的頻率（或波長）分離也增加。高頻率（短波長）共振峰由垂直于棒軸向的電子共振產生，稱之為橫向表面等離激元共振吸收峰，位于510-530nm范圍；另一個在較大波長范圍內移動的共振峰由沿著納米棒軸向的電子共振產生，稱為縱向等離激元共振吸收峰。隨著長徑比的變化，橫向表面等離激元共振吸收峰位置變化較小，而軸向表面等離激元共振峰的位置可以在可見-近紅外較寬波段內移動。

尋找一種具有可飽和吸收性質的材料是實現新型鎖模光纖激光器的理想方案之一。金納米棒與成膜劑材料結合可形成用于鎖模光纖激光器的可飽和吸收體，恰好可以滿足這種要求。鎖模光纖激光器在材料制備，光纖傳感，醫學，軍事以及基礎研究領域具有重要的潛在應用，因此我們的發明具有較高的實用價值。

發明內容

單臂碳納米管和石墨烯是實現全光纖被動鎖模光纖激光器可飽和吸收體的兩種主要材料。為了拓展可飽和吸收體的種類，本發明的目的是制備一種基于等離激元軸向振動模的可用于光纖激光器鎖模的可飽和吸收體，可飽和吸收體由金納米棒和成膜劑材料組成，可用于環形腔或線型腔鎖模光纖激光器。