[發明專利]三維狄拉克半金屬材料紅外可飽和吸收器件

有效

• 申請號: 201610019501.3
• 申請日: 2016-01-12
• 公開（公告）號: CN105490146B
• 公開（公告）日: 2019-01-08
• 發明（設計）人: 王楓秋;朱春輝;孟亞飛;徐永兵;張榮;祝世寧
• 申請（專利權）人: 南京大學
• 主分類號: H01S3/098
• 分類號: H01S3/098;H01S3/11;G02F1/355
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙) 32249
• 代理人: 陳建和

1.一種三維狄拉克半金屬材料紅外可飽和吸收器件，其特征在于：使用零帶隙、具有線性能量色散關系的三維狄拉克半金屬材料作為紅外可飽和吸收層(3)，所述紅外可飽和吸收層(3)的工作波長覆蓋紅外區域，并且弛豫時間、飽和光強、調制深度、非線性損耗參數具有高度可調控性；所述三維狄拉克半金屬材料紅外可飽和吸收器件包括所述紅外可飽和吸收層(3)和承載所述紅外可飽和吸收層(3)所需的光學元件。

2.根據權利要求1所述的三維狄拉克半金屬材料紅外可飽和吸收器件，其特征在于：所述三維狄拉克半金屬材料紅外可飽和吸收器件具有反射型和透射型兩種模式；反射型三維狄拉克半金屬材料紅外可飽和吸收器件由從上至下的功能層(1)、光學襯底(2)、紅外可飽和吸收層(3)和反射層(4)構成；透射型三維狄拉克半金屬材料紅外可飽和吸收器件由功能層(1)、光學襯底(2)和紅外可飽和吸收層(3)組成；其中，所述功能層(1)包含光學鍍膜和鈍化層；其中，光學鍍膜是單層鍍膜或多層鍍膜，鍍膜材料選自鍺、砷化鎵、硒化鋅、硫化鋅ZnS、氟化鎂、二氧化鈦、氧化鋯材料中的一種或幾種，并且通過控制鍍膜的厚度和材料組合使所述光學鍍膜在工作波長具有不同的反射率，從而調控三維狄拉克半金屬材料紅外可飽和吸收器件的可飽和光強；所述光學鍍膜的厚度是0.001微米-100微米。

3.根據權利要求2所述的三維狄拉克半金屬材料紅外可飽和吸收器件，其特征在于：所述功能層(1)通過激光脈沖沉積、磁控濺射和熱蒸發方法制備；所述鈍化層選自二氧化硅和氧化鋁中的一種，所述鈍化層厚度是0.01微米-100微米。

4.根據權利要求2所述的三維狄拉克半金屬材料紅外可飽和吸收器件，其特征在于：所述光學襯底(2)要求在紅外光譜范圍內高度透明，光學襯底(2)選自二氧化硅、砷化鎵、氧化鋁、氟化鈣和云母中的一種，光學襯底厚度是0.1毫米-10毫米。

5.根據權利要求2所述的三維狄拉克半金屬材料紅外可飽和吸收器件，其特征在于：所述反射層(4)為寬帶的金屬鏡面、特定波長范圍的全反射布拉格光柵鏡或高反射率的光學膜層，其中，金屬鏡面為金鏡、銀鏡或鋁鏡。

6.根據權利要求2所述的三維狄拉克半金屬材料紅外可飽和吸收器件，其特征在于：所述紅外可飽和吸收層(3)是三維狄拉克半金屬材料，選自砷化鎘、鉍化鈉、鉍化鉀和鉍化銣中的一種，紅外可飽和吸收層(3)厚度是1納米-1000納米。

7.一種根據權利要求2-6之一所述三維狄拉克半金屬材料紅外可飽和吸收器件的制備方法，其特征在于：

使用激光脈沖沉積、磁控濺射和熱蒸發方法將功能層(1)直接鍍膜在紅外光譜范圍內高度透明的光學襯底(2)的一側；

在光學襯底(2)的另一側使用分子束外延技術生長高結晶質量的三維狄拉克半金屬薄膜；

使用激光脈沖沉積、磁控濺射或熱蒸發技術在所述三維狄拉克半金屬薄膜的表面鍍上反射層(4)；

其中，使用高能電子反射原位監控所述功能層(1)、三維狄拉克半金屬薄膜和反射層(4)的生長速率，并將生長速率控制在1nm/分鐘。

8.根據權利要求7所述的制備方法，其特征是使用分子束外延生長所述三維狄拉克半金屬材料的過程中，對所述三維狄拉克半金屬材料進行元素摻雜，通過控制元素摻雜濃度，調控三維狄拉克半金屬材料紅外可飽和吸收器件的弛豫時間，摻雜元素選自Cr、In、Na和K中的一種。

9.根據權利要求7所述的制備方法，其特征是通過精確控制所述三維狄拉克半金屬材料的生長時間、速率和溫度條件來設計并調整三維狄拉克半金屬材料紅外可飽和吸收器件的非線性光學參數，從而制備不同調制深度、非線性損耗的三維狄拉克半金屬材料紅外可飽和吸收器件。

10.權利要求1-6之一所述的三維狄拉克半金屬材料紅外可飽和吸收器件在半導體脈沖激光器、固體脈沖激光器或光纖脈沖激光器中的應用。