[發明專利]基于金紅石晶片的寬波段可飽和吸收鏡、制備方法及在寬波段調Q、鎖模激光器的應用

有效

• 申請號: 201811176027.0
• 申請日: 2018-10-10
• 公開（公告）號: CN109256668B
• 公開（公告）日: 2021-03-23
• 發明（設計）人: 陳峰;李讓;逄馳;李子琦
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: H01S3/098
• 分類號: H01S3/098;H01S3/16
• 代理公司: 濟南金迪知識產權代理有限公司 37219
• 代理人: 楊磊

本發明涉及基于金紅石晶片的寬波段可飽和吸收鏡、制備方法及在寬波段調Q、鎖模激光器的應用，主要包括在金紅石晶體中形成貴金屬納米粒子和實現調Q、鎖模激光的產生。將貴金屬離子通過離子注入技術注入到金紅石晶體中，注入能量為50～300千電子伏特，劑量為1～10×10¹⁶ions/cm²，經過600℃退火1h后形成貴金屬納米粒子；將退火后的樣品作為寬波段可飽和吸收鏡。本發明利用貴金屬離子注入并退火后的金紅石晶體作為寬波段可飽和吸收鏡，應用于寬波段調Q、鎖模激光器，無需再添加或更換其他寬波段可飽和吸收鏡。

技術領域

本發明涉及基于金紅石晶片的寬波段可飽和吸收鏡、制備方法及應用于寬波段調Q、鎖模激光器，屬于光電子器件技術領域。

背景技術

Q值是激光器中光學諧振腔的品質因素，調Q技術又稱為Q開關技術，是將一般輸出的連續激光壓縮到寬度極窄的脈沖中發射的技術。當不同激光脈沖模式相互間的相位鎖定時，會產生激光超短脈沖，稱為鎖模技術。鎖模分為主動鎖模和被動鎖模，通常情況下，被動鎖模通過在激光諧振腔內引入可飽和吸收體來實現。而常見的調Q、鎖模激光，其可飽和吸收體通常受到激發光波長的限制，只能在特定波段應用，不能實現寬波段的調Q、鎖模應用。

關于寬波段的調Q、鎖模技術也有諸多專利文件報道，例如：中國專利文件CN102545022A公開了一種寬波段石墨烯可飽和吸收鏡，其構成從下至上依次包括：光學襯底、鍍金反射膜以及在該鍍金反射膜上的石墨烯層。然而，這種可飽和吸收鏡中金膜只作為反射膜，沒有形成納米顆粒從而直接產生飽和吸收性，因而需要在鍍膜后再制備石墨烯可飽和吸收體，工藝較為復雜，石墨烯層數均勻性受技術要求較高，并且不能夠大規模批量生產。

金紅石，(Rutile，或簡寫為TiO₂晶體)是一種具有耐高溫、耐低溫、耐腐蝕、高強度等特性的光學晶體材料，在半導體、檢波器以及光催化等方面有著廣泛的應用。然而，由于金紅石晶體不具有明顯的飽和吸收特性，不能作為寬波段可飽和吸收鏡應用于調Q、鎖模激光的產生。

近些年來，貴金屬納米顆粒成為研究的熱點之一。通過離子注入方法，在金紅石等多功能介電晶體中制備埋層型納米顆粒的技術已日益成熟。然而，當前研究主要集中在納米顆粒形成機理與光學特性等初步階段，未能實現在光子學器件領域的應用。優化離子注入條件，改良金紅石非線性特性，實現調Q、鎖模激光的產生，具有深遠的意義。

到目前為止，通過貴金屬納米粒子對金紅石晶體的非線性特性進行有效的調控，并應用于寬波段可飽和吸收鏡的制備和寬波段調Q、鎖模激光的產生，還沒有相關的報道。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明提供基于金紅石晶片的寬波段可飽和吸收鏡、制備方法及應用于寬波段調Q、鎖模激光器。

本發明的技術方案如下：

基于金紅石晶片的寬波段可飽和吸收鏡，該寬波段可飽和吸收鏡是在金紅石晶體表面注入貴金屬離子。

根據本發明，優選的，所述的貴金屬離子為金離子或銀離子。

根據本發明，優選的，所述的貴金屬離子的注入厚度為50-200nm。

根據本發明，上述基于金紅石鏡片的寬波段可飽和吸收鏡的制備方法，包括步驟如下：

(1)以塊狀金紅石晶體為基底，對金紅石六個面進行拋光、清洗，得到拋光面；

(2)沿與其中一個拋光面垂直方向呈7°角的方向，向金紅石晶體拋光面注入貴金屬離子；注入能量為50-300千電子伏特(keV)，注入劑量為(1-10)×10¹⁶ions/cm²；

(3)對注入貴金屬離子后的樣品進行200-1000℃退火0-2小時處理，自然冷卻，即得。