[發明專利]一種可調控的摻雜納米晶可飽和吸收體及其制備方法

在審

• 申請號: 201810208340.1
• 申請日: 2018-03-14
• 公開（公告）號: CN108574197A
• 公開（公告）日: 2018-09-25
• 發明（設計）人: 馮國英;寧守貴;張弘;周壽桓
• 申請（專利權）人: 四川大學
• 主分類號: H01S3/11
• 分類號: H01S3/11;G02B5/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種可調控、結構緊湊、工藝簡單、周期短、生產成本低、用于紅外激光器中，基于摻雜納米晶的可飽和吸收體及其制備方法。該可調控摻雜納米晶可飽和吸收體可對入射激光實現減反射的同時，還可以實現對紅外激光的可飽和吸收，通過改變外加電場、溫度場和膜層中的摻雜納米晶粒的尺寸，可以調控激光器的輸出性能。本發明所述的可調控的摻雜納米晶可飽和吸收體主要由折射率2.5~3且摻雜有過渡金屬離子的Ⅱ?Ⅵ族化合物材料和折射率為1.3~2的氟化物材料組成。該可飽和吸收體性能穩定、便于調控，結構緊湊簡單、損耗低、損傷閾值高，可用于高功率激光器中，輸出可調控的高峰值功率調Q脈沖。

技術領域

本發明屬于激光器件領域，具體涉及到一種可調控的摻雜納米晶可飽和吸收體的制備方法，屬于調Q脈沖固體激光器可飽和吸收體制備技術領域。

背景技術

調Q脈沖激光廣泛運用于生物醫療、軍事、環境監測、工業加工等領域中，引起了極大的研究興趣。

利用具有非線性特性的可飽和吸收體，可以實現對激光的調制，輸出調Q脈沖。較常用的可飽和吸收體主要有石墨烯、單壁碳納米管、拓撲絕緣體、過渡金屬二硫化物以及傳統的半導體可飽和吸收鏡（SESAM）等，但都有不足之處：石墨烯的光損傷閾值較低；單壁碳納米管要達到對某一波長吸收的需求，需要控制其管徑以及手性等特性，而且易聚集成束，分散困難，嚴重影響其光學性能；拓撲絕緣體、過渡金屬二硫化物等因為損傷閾值不高，也難以實現高峰值功率脈沖激光輸出；SESAM制備工藝復雜、生產成本高、損傷閾值低。而Ⅱ-Ⅵ族化合物材料不僅具有較高的損傷閾值，而且通過摻雜不同的過渡金屬(transitionmetal, TM)離子之后，在紅外光譜范圍內具有特定的吸收，可應用于激光器中對相應波段的紅外激光進行調制，實現紅外調Q脈沖激光輸出。而且通過對器件施加一定的電場、溫度場以及調控摻雜薄膜中納米晶粒的大小，還可以實現對輸出脈沖特性的調控。

研制出能用在紅外激光器領域中，而且輸出脈沖性能可調控、結構緊湊、制備工藝簡單、生產成本低廉、損傷閾值高的可飽和吸收體，對于紅外調Q脈沖激光領域的發展具有重要的推動作用。

發明內容

本發明的一個目的是提供一種摻雜有過渡金屬離子，能用于紅外領域，而且具有較高損傷閾值的可飽和吸收體，可用于紅外調Q激光器中。

本發明的另一個目的是提供一種結構緊湊、工藝過程簡單的制備方法，直接在高折射率膜層中摻雜一定濃度范圍的過渡金屬離子，由該摻雜膜層和低折射率膜層組成紅外增透膜，用于制備上述摻雜納米晶可飽和吸收體。

本發明的再一個目的是提供一種可調控的摻雜納米晶可飽和吸收體的制備方法，通過改變電場、溫度場以及膜層中摻雜納米晶粒的大小，實現對輸出脈沖激光性能的調控。

針對本發明的第一個目的，本發明提供的一種可調控的摻雜納米晶可飽和吸收體制備方法，其構成包括基底和鍍在所述基底兩面的增透膜。所述基底材料可以是氟化物、Ⅱ-Ⅵ族化合物、硅、鍺和藍寶石玻璃等；所述增透膜為λ/4雙層增透膜系，由高低折射率交替的周期性多層膜構成，增透膜的總厚度不小于500 nm。

針對本發明的第二個目的，本發明所述的可飽和吸收體以過渡金屬離子摻雜的高折射率膜層作為可飽和吸收體，可以實現對紅外激光光強的調制，協助激光器實現調Q；該過渡金屬離子摻雜的高折射率膜層材料為TM²⁺:H，即以高純Ⅱ-Ⅵ族化合物材料和高純過渡金屬材料為原料，利用電子束蒸鍍法，制備得到多層薄膜構成增透膜。摻雜的過渡金屬離子濃度范圍為1×10¹⁷~1×10¹⁹ /cm³。

針對本發明的第三個目的，本發明提供的可調控的摻雜納米晶可飽和吸收體及其制備方法，通過調整施加的電場、溫度場以及高折射率膜層中摻雜納米晶粒的大小，可以對輸出脈沖實現調控。

本發明提供的上述可調控的摻雜納米晶可飽和吸收體的制備方法，主要包括以下步驟：