基于硫化银纳米粒子的锁模激光器和传感器及制备方法

本发明涉及光纤激光器和光纤传感，尤其涉及基于硫化银纳米粒子的锁模激光器和传感器及制备方法。

背景技术：

1、脉冲光纤激光器由于具有高信噪比，窄带宽，稳定性强等优点，已广泛应用于能源科学、基础研究和光子应用。锁模激光作为可产生脉宽为飞秒的脉冲激光近年来成为热点问题。锁模激光又分为主动锁模和被动锁模两种方式，其中主动锁模是通过激光腔内引入外部调制器来实现的。通过调整调制器的频率，可以使得脉冲与光纤激光腔的固有频率相匹配，从而实现锁模激光。而被动锁模是在光纤激光腔内引入可饱和吸收体来实现的。可饱和吸收体的吸收特性随着光强的改变而变化，形成光学非线性效应，进而产生脉冲激光。被动锁模与主动锁模相比不需要外部的调制器，结构简单，成本低廉。近年来，基于二维材料的薄膜、拉锥光纤、光子晶体光纤都可作为可饱和吸收体产生锁模激光。然而，这些可饱和吸收体均存在缺点，限制了其实际应用，例如薄膜式可饱和吸收体具有低的损伤阈值，在高功率下易将薄膜击穿破坏其饱和特性；拉锥光纤和光子晶体光纤具有较高的操作阈值等等。因此，研究具有高损伤阈值、低操作阈值的可饱和吸收体具有重要意义。

2、光纤传感器是利用光学原理来感测和测量物理量的传感器，由于光纤传感器具有抗干扰能力强、远距离传输、抗腐蚀能力好等优点近年来被广泛应用于人体健康、工业检测、环境保护等各个领域。其中光纤传感器主要利用放大自发辐射的宽带光谱来进行测量，但这种方式的传感器产生的光谱很宽，不利于精准检测。而光纤激光传感改善了由于宽带光谱所带来的问题，光纤激光传感器通常工作在单一波长，适用于精确光谱特征的应用中，具有高信噪比，窄带宽，稳定性强等优势。但连续激光需持续输出，造成的能耗较高，并且热损伤阈值较大。因此光纤激光传感器虽然在传感领域有着独一无二的优势，但还存在提高空间。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明提供基于硫化银纳米粒子的锁模激光器和传感器及制备方法，以解决现存在的可饱和吸收体损伤阈值低，操作阈值高的问题并且利用所提出的锁模激光器作为激光源与传感相结合，实现了光源与传感检测的一体化，提高了激光传感器的热损伤能力。

2、本发明的技术方案为：

3、基于硫化银纳米粒子的锁模激光器，包括自搭建的掺铒光纤环形激光腔和沉积硫化银纳米粒子的d型光纤；

4、所述自搭建的掺铒光纤环形激光腔，用于产生连续的激光；

5、所述沉积硫化银纳米粒子的d型光纤，用于由接收自搭建的掺铒光纤环形激光腔发射的连续的激光，并通过非线性吸收特性调制成锁模激光；

6、进一步地，所述自搭建的掺铒光纤环形激光腔包括光源模块、波分复用器、增益光纤、隔离器、偏振控制器、耦合器和检测模块；

7、所述光源模块通过腔内接头与波分复用器连接，用于发射设定波段的激光；

8、所述波分复用器通过腔内接头分别与光源模块、增益光纤和耦合器连接，用于将从光源模块射入的激光和从耦合器射入的激光进行整合并将整合后的激光发射给增益光纤；

9、所述增益光纤通过腔内接头分别与波分复用器和隔离器连接，用于对整合后的激光进行放大，随后将放大后的激光发射给隔离器；

10、所述隔离器通过腔内接头分别与增益光纤和偏振控制器连接，用于隔绝除增益光纤出射方向之外的其他方向出射的激光，并将激光发射给偏振控制器；

11、所述偏振控制器通过腔内接头分别与隔离器和沉积硫化银纳米粒子的d型光纤连接，用于控制光路的偏振态，通过改变偏振态实现光调制作用，得到偏振光并发送给沉积硫化银纳米粒子的d型光纤；

12、所述耦合器，通过腔内接头分别与沉积硫化银纳米粒子的d型光纤、检测模块和波分复用器进行连接，用于将激光分束成两路，一部分激光进入检测模块，其余部分激光再次进入波分复用器，使激光进行下一次循环；

13、所述检测模块通过腔内接头与耦合器进行连接，用于监测锁模激光的光谱特性与频谱特性；

14、进一步地，所述沉积硫化银纳米粒子的d型光纤通过腔内接头与自搭建的掺铒光纤环形激光腔中的偏振控制器和耦合器进行连接；

15、进一步地，所述沉积硫化银纳米粒子的d型光纤为一个d型区域表面附着沉积的硫化银纳米粒子的d型光纤；

16、基于硫化银纳米粒子的锁模激光传感器，包括基于沉积硫化银纳米粒子的锁模激光器和传感装置；

17、所述传感装置通过腔内接头与基于沉积硫化银纳米粒子的锁模激光器中的沉积硫化银纳米粒子的d型光纤和耦合器连接，用于实现温度或折射率测量；

18、进一步的，传感装置包括依次连接的第一段单模光纤、多模d型光纤和第二段单模光纤；

19、进一步地，所述基于硫化银纳米粒子的锁模激光器和所述基于硫化银纳米粒子的锁模激光传感器中腔内接头的位置均使用单模光纤smf-28连接，并利用光纤焊接机进行焊接；

20、基于硫化银纳米粒子的锁模激光器和传感器的制备方法，包括如下步骤：

21、步骤1：将硫化银纳米粒子和去离子水按照1mg:20ml的比例混合超声分散至硫化银纳米粒子在去离子水中完全分散均匀；

22、步骤2：将超声分散后的混合溶液涂覆于d型光纤的表面，在真空密闭容器中自然干燥，水分完全蒸发，硫化银纳米粒子粉末覆盖在d型光纤表面，得到沉积硫化银纳米粒子的d型光纤；

23、步骤3：将沉积硫化银纳米粒子的d型光纤插入自搭建的掺铒光纤环形激光腔中，调节光源模块的泵浦功率及偏振控制器，直至出现锁模激光，得到硫化银纳米粒子的锁模激光器；

24、步骤4：利用熔接机将多模d型光纤的两端分别与第一段单模光纤和第二段单模光纤进行连接，得到传感装置；

25、步骤5：将制备的传感装置插入基于硫化银纳米粒子的锁模激光器中，再次调节光源模块的泵浦功率及偏振控制器，直至出现锁模激光，得到基于硫化银纳米粒子的传感器。

26、与现有技术相比较，本发明的有益效果为：

27、与现有的技术相比，本发明提出的基于硫化银纳米粒子的锁模激光器和传感器及制备方法，首先实现了全光纤结构的锁模激光器，选择沉积硫化银纳米粒子的d型光纤作为可饱和吸收体，其优势在于硫化银纳米粒子具有大吸收系数(≈104cm-1)、宽带光学响应，带隙窄等特性，这些物理特性使其从近红外到中红外波段都有广泛的应用。而d型光纤具有较高的损伤阈值，相较于薄膜式可饱和吸收体，避免了较高的功率造成的薄膜损坏。将制备的可饱和吸收体接入到自搭建的掺铒光纤环形腔中，通过调节泵浦功率和偏振控制器的偏振态实现了锁模激光的输出。其次与单模光纤-多模d型光纤-单模光纤传感结构相结合，不仅可作为温度或折射率参数的测量装置，还可以作为锁模激光源在同种环境条件下提供脉冲激光，实现了检测装置与激光源的一体化。并且热损伤较小，增加了传感装置的使用寿命。与此同时脉冲激光器产生的短脉冲具有极高的时间分辨率，这使得飞秒激光器能够对温度或折射率变化进行快速响应，对于短时间内的温度或折射率变化具有出色的灵敏度，该装置保证了全光纤结构，损伤阈值高，结构简单，为新型的锁模激光器和脉冲激光传感提供了新途径。