[發明專利]GeSe二維層狀半導體及構成的飽和吸收體器件和用途

在審

• 申請號: 201710304740.8
• 申請日: 2017-05-03
• 公開（公告）號: CN107204565A
• 公開（公告）日: 2017-09-26
• 發明（設計）人: 葉羽婷;劉小峰;邱建榮
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: H01S3/11
• 分類號: H01S3/11
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司33200
• 代理人: 林超

技術領域

本發明涉及非線性光學材料和器件，特別是涉及了一種GeSe二維層狀半導體及構成的飽和吸收體器件和用途，可用于光纖激光器的鎖模、調Q、激光光束整形等。

背景技術

激光器從運行上分為連續激光器和脈沖激光器。脈沖激光器是指單個激光脈沖寬度小于0.25秒、每間隔一定時間才工作一次的激光器，它具有較大輸出功率，適合于激光打標、切割、測距等。常見的脈沖激光器有固體激光器中的釔鋁石榴石(YAG)激光器、紅寶石激光器、釹玻璃激光器等，還有氮分子激光器、準分子激光器等。調Q和鎖模是得到脈沖激光的兩種最常用的技術。隨著調Q和鎖模技術以及激光增益介質的不斷發展，已可從許多不同波長的激光系統中獲得脈沖輸出。產生脈沖主要有主動和被動兩種方式，主動調制需要在激光腔中外加調制器(聲光/電光調制器)實現，既增加了系統成本，也降低了系統便攜性；而被動調制無需任何外部器件，因而逐漸成為目前的主流選擇和發展方向。目前大部分商用化脈沖激光器都是采用被動方式實現，其關鍵是在腔內加入飽和吸收體，起到幅度自調制的作用，即當輸入光強度越大，飽和吸收體的吸收越小，有利于抑制連續波實現脈沖輸出。

目前常見的飽和吸收體包括染料、半導體飽和吸收鏡以及最近新興的碳納米管和石墨烯等。染料飽和吸收體由于吸收體的染料由于其容易變質和有毒等缺點，使用漸少；半導體飽和吸收鏡經過數十年的發展，技術相對成熟，輸出穩定，但是其光損傷閾值低、應用波段窄、恢復時間長(約幾納秒)，結構復雜，制備條件要求高，并且只能在特定的線形拓撲腔中應用，大大限制了其進一步發展。單壁碳納米管在近紅外波段有優良的飽和吸收響應，但其本身是一種各向異性的材料，制備時生長方向、直徑、長度、手征性等難以選擇和控制，而單壁碳納米管的光吸收特性與碳管直徑、手征性等因素相關，因此將給鎖模的精確控制帶來難題；并且單壁碳納米管容易纏結成束，帶來較高的線性損耗。

石墨烯等二維材料近年來作為飽和吸收體受到研究者的追捧，其基本思路是單原子厚的石墨烯膜分散在透明聚合物中或者直接轉移到光纖頭斷面作為飽和吸收體。但是石墨烯飽和吸收體的特性依賴于單原子厚石墨烯獨特的狄拉克能帶結構，隨著原子層數的增加，載流子遷移率急劇下降、能帶結構和光吸收特性等性質變化較大，使多原子層石墨烯應用受到限制。

發明內容

本發明的目的是提供了一種GeSe二維層狀半導體及構成的飽和吸收體器件和用途，是一種全新的具有優異飽和吸收特性的材料體系，為開發新型飽和吸收體提供了更大的空間。

本發明的技術方案是：

一、一種GeSe二維層狀半導體：

所述的GeSe二維層狀半導體由多層的二維GeSe分子層構成。層數為2-8層。

所述的GeSe二維層狀半導體采用以下方式進行制備：

1)將GeSe塊體加入有機溶液中，超聲破碎1h，得到GeSe分散液；

2)將GeSe分散液進行離心處理，得到GeSe二維層狀半導體。

所述的有機溶液采用乙醇、異丙醇、N,N-二甲基甲酰胺、N-甲基吡咯烷酮、N-環己基吡咯烷酮、十二烷基磺酸鈉和膽酸鈉溶液。

對于乙醇、異丙醇、N,N-二甲基甲酰胺、N-甲基吡咯烷酮、N-環己基吡咯烷酮，要求其質量濃度大于99％，雜質質量濃度小于1％。

對于十二烷基磺酸鈉和膽酸鈉，其加入水形成溶液的濃度為2克/升。

二、所述GeSe二維層狀半導體用于制備飽和吸收體器件的用途。

三、一種基于GeSe二維層狀半導體的飽和吸收體器件：

包括封裝在透明基體內作為飽和吸收體的二維半導體和承載該飽和吸收體的基體，所述二維半導體是權利要求1-3任一所述GeSe二維層狀半導體。

所述的基體為有機聚合物。

所述的有機聚合物為聚乙烯醇或聚甲基丙烯酸甲酯。

所述的飽和吸收體器件采用以下方式進行制備：將基體分散在去離子水中，攪拌均勻分散，獲得基體水溶液；將GeSe二維層狀半導體的溶液與基體水溶液混合均勻，倒入表面光滑平整的表面皿中，并水平放于干燥箱中干燥得到平整干燥的PVA薄膜，取PVA薄膜中厚度均勻的部分作為飽和吸收體器件。

四、一種基于GeSe二維層狀半導體的飽和吸收體器件應用于脈沖激光器等領域。具體可用于光纖激光器的鎖模、調Q、激光光束整形等。

本發明的有益效果是：