一種異質(zhì)結(jié)可飽和吸收鏡及其制備方法、鎖膜光纖激光器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于激光器技術(shù)領(lǐng)域，提供了一種異質(zhì)結(jié)可飽和吸收鏡，包括襯底、覆蓋在所述襯底上的異質(zhì)結(jié)薄膜以及位于所述異質(zhì)結(jié)薄膜之上的保護(hù)膜層；所述異質(zhì)結(jié)薄膜包括至少兩層可飽和吸收層，其中各可飽和吸收層的材料互不相同。本發(fā)明還提供了一種異質(zhì)結(jié)可飽和吸收鏡的制備方法，包括如下步驟：襯底制將襯底拋光；將所述襯底置于反應(yīng)室內(nèi)，采用CVD法在所述金膜層上依次鍍上所述至少兩層可飽和吸收層，形成異質(zhì)結(jié)薄膜；在所述異質(zhì)結(jié)薄膜表面鍍上保護(hù)膜層。本發(fā)明提供的異質(zhì)結(jié)可飽和吸收鏡具有高損傷閾值，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉，可靠性高；制備方法簡(jiǎn)單，適于批量生產(chǎn)。
【專利說明】
一種異質(zhì)結(jié)可飽和吸收鏡及其制備方法、鎖膜光纖激光器
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于激光器技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種異質(zhì)結(jié)可飽和吸收鏡及其制備方法、一種鎖模光纖激光器。
【背景技術(shù)】
[0002]利用被動(dòng)鎖模技術(shù)是光纖激光器實(shí)現(xiàn)超快脈沖輸出的一種有效途徑，而被動(dòng)鎖模的關(guān)鍵技術(shù)是光纖激光器諧振腔中需要具備可飽和吸收效應(yīng)。目前，研究人員已經(jīng)利用多種可飽和吸收效應(yīng)在光纖激光器中獲得被動(dòng)鎖模超快脈沖輸出。一般來說，為了克服光纖激光鎖模環(huán)境不穩(wěn)定的缺點(diǎn)，研究人員通常采用SESAM(半導(dǎo)體可飽和吸收鏡)來實(shí)現(xiàn)光纖激光器鎖模超快脈沖輸出。但由于商用SESAM價(jià)格昂貴、制作工藝復(fù)雜、可飽和吸收帶寬窄、一般僅支持皮秒級(jí)別的脈沖輸出，并且損傷閾值也較低，所以也不適用于全方位研究超快光纖激光器的動(dòng)力學(xué)特性。因此，本領(lǐng)域內(nèi)急需一種成本低廉、工藝簡(jiǎn)單、高性能的可飽和吸收體。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種異質(zhì)結(jié)可飽和吸收鏡及其制備方法，旨在克服商用SESAM價(jià)格昂貴、制作工藝復(fù)雜、可靠性低的缺陷。
[0004]本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的:一種異質(zhì)結(jié)可飽和吸收鏡，包括襯底、覆蓋在所述襯底上的異質(zhì)結(jié)薄膜以及位于所述異質(zhì)結(jié)薄膜之上的保護(hù)膜層;所述異質(zhì)結(jié)薄膜包括至少兩層可飽和吸收層，其中各可飽和吸收層的材料互不相同。
[0005]進(jìn)一步地，所述異質(zhì)結(jié)可飽和吸收鏡還包括金膜層，所述金膜層位于所述襯底與所述異質(zhì)結(jié)薄膜之間。
[0006]進(jìn)一步地，所述金膜層的厚度為500-1000nm。
[0007]進(jìn)一步地，所述保護(hù)膜層為多層六角氮化硼薄膜。
[0008]進(jìn)一步地，所述至少兩層可飽和吸收層分別為石墨烯層、過渡金屬氧族化物材料層、拓?fù)浣^緣體材料層中的任意兩種或任意兩種材料不同的過渡金屬氧族化物材料層;其中，所述過渡金屬氧族化物不包括氧化物。
[0009]進(jìn)一步地，所述過渡金屬氧族化物材料包括二碲化鎢、二碲化鉬、二硫化鉿、二砸化鉿、二砸化鈷、二碲化鈷、二砸化錸、二碲化錸、二硫化錫、二砸化錫、二硫化鈮、二砸化鈮、二硫化鈦、二砸化鈦、二硫化鉭、二砸化鉭、二硫化鋯、二碲化鋯、二硫化鉬，二硫化鎢，二砸化鉬，二砸化媽;所述拓?fù)浣^緣體材料包括碲化鋪、砸化祕(mì)、碲化祕(mì)及硫化祕(mì)。
[0010]進(jìn)一步地，所述襯底為銅片、碳化硅或藍(lán)寶石中的任意一種。
[0011]本發(fā)明還提供了一種所述的異質(zhì)結(jié)可飽和吸收鏡的制備方法，包括如下步驟:
[0012]襯底制備步驟:將襯底拋光；
[0013]異質(zhì)結(jié)制備步驟:將所述襯底置于反應(yīng)室內(nèi)，采用CVD法在所述金膜層上依次鍍上所述至少兩層可飽和吸收層，形成異質(zhì)結(jié)薄膜；
[0014]保護(hù)膜制備步驟:在所述異質(zhì)結(jié)薄膜表面鍍上保護(hù)膜層。
[0015]進(jìn)一步地，在所述襯底制備步驟和所述異質(zhì)結(jié)制備步驟之間，所述制備方法還包括在襯底表面鍍金膜層的步驟。
[0016]本發(fā)明還提供了一種鎖模光纖激光器，包括用于產(chǎn)生激光的諧振腔，所述諧振腔包括上述所述的異質(zhì)結(jié)可飽和吸收鏡，所述異質(zhì)結(jié)可飽和吸收鏡用于對(duì)所述諧振腔產(chǎn)生的激光鎖膜。
[0017]有益效果:本發(fā)明提供的異質(zhì)結(jié)可飽和吸收鏡，其包含的異質(zhì)結(jié)薄膜由至少兩層不同物質(zhì)構(gòu)成，有效地結(jié)合了各種材料在非線性光學(xué)領(lǐng)域各自的優(yōu)點(diǎn)；其包含的保護(hù)膜層可在透光的同時(shí)又能隔離空氣中的水蒸氣、氧氣對(duì)異質(zhì)結(jié)的氧化和侵蝕，又能高效傳導(dǎo)熱量，提高可保和吸收鏡的熱損傷閾值。因此本發(fā)明制備而成的異質(zhì)結(jié)可飽和吸收鏡具有高損傷閾值、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)本發(fā)明提供的異質(zhì)結(jié)可飽和吸收鏡的制備方法采用CVD法，制備過程簡(jiǎn)單，可大批量生產(chǎn)。此外，本發(fā)明提供的鎖模光纖激光器，包括所述的異質(zhì)結(jié)可飽和吸收鏡，不僅性能極佳，而且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠性高。
【附圖說明】
[0018]圖1是本發(fā)明實(shí)施例提供的異質(zhì)結(jié)可飽和吸收鏡的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019]圖2是本發(fā)明實(shí)施例提供的異質(zhì)結(jié)可飽和吸收鏡的制備方法流程示意圖；
[0020]圖3是本發(fā)明實(shí)施例提供的異質(zhì)結(jié)可飽和吸收鏡的制備方法中襯底鍍金膜過程示意圖；
[0021]圖4是本發(fā)明實(shí)施例提供的異質(zhì)結(jié)可飽和吸收鏡的制備方法中異質(zhì)結(jié)膜層和保護(hù)膜層制備過程示意圖；
[0022]圖5本發(fā)明實(shí)施例提供的制備方法制得的異質(zhì)結(jié)可飽和吸收鏡的具體結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0023]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0024]如圖1所示，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種異質(zhì)結(jié)可飽和吸收鏡，包括襯底101，鍍?cè)谝r底上的異質(zhì)結(jié)薄膜102以及保護(hù)膜層103。在本實(shí)施例中，襯底101可采用銅片、碳化硅或者藍(lán)寶石。異質(zhì)結(jié)薄膜102由兩層不同材料組成，包括石墨烯層、過渡金屬氧族化物材料層、拓?fù)浣^緣體材料層中的任意兩種或任意兩種材料不同的過渡金屬氧族化物材料層;其中，所述過渡金屬氧族化物不包括氧化物，包括二碲化媽、二碲化鉬、二硫化給、二砸化給、二砸化鈷、二碲化鈷、二砸化錸、二碲化錸、二硫化錫、二砸化錫、二硫化鈮、二砸化鈮、二硫化鈦、二砸化鈦、二硫化鉭、二砸化鉭、二硫化鋯、二碲化鋯、二硫化鉬，二硫化鎢，二砸化鉬，二砸化媽;拓?fù)浣^緣體材料包括碲化鋪、砸化祕(mì)及碲化祕(mì)、硫化祕(mì)。所述異質(zhì)結(jié)的構(gòu)成可以是上述三種材料(石墨烯，過渡金屬硫化物，拓?fù)浣^緣體)的兩兩組合，也可是同一類材料里面不同種材料的兩兩組合(如:石墨烯/過渡金屬硫化物異質(zhì)結(jié)，石墨烯/拓?fù)浣^緣體異質(zhì)結(jié)，硫化鉬/硫化鎢異質(zhì)結(jié))。
[0025]進(jìn)一步地，所述異質(zhì)結(jié)可飽和吸收鏡還可以包括金膜層，所述金膜層位于所述襯底與所述異質(zhì)結(jié)薄膜之間，金膜厚度>500nm，優(yōu)選不高于100nm0
[0026]這種異質(zhì)結(jié)可飽和吸收鏡的工作原理是，將其作為激光器的一個(gè)高反射鏡，當(dāng)諧振腔內(nèi)的激光被該異質(zhì)結(jié)可飽和吸收鏡反射時(shí)，激光可被異質(zhì)結(jié)可飽和吸收鏡調(diào)制，實(shí)現(xiàn)調(diào)Q或鎖模。這種異質(zhì)結(jié)可飽和吸收鏡具有高損傷閾值，可對(duì)光進(jìn)行寬帶調(diào)制的同時(shí)作為光的反射鏡，可用于激光系統(tǒng)中脈沖激光產(chǎn)生的關(guān)鍵器件。
[0027]如圖2所示，本發(fā)明一實(shí)施例提供了上述異質(zhì)結(jié)可飽和吸收鏡的制備方法，包括如下步驟:
[0028]步驟SI:襯底制備:襯底材料選擇散熱系數(shù)高的材料，如銅片、碳化硅或藍(lán)寶石，襯底材料經(jīng)過拋光后具有光滑平面，在襯底材料上鍍金膜，金膜厚度多500nm，金膜作為可飽和吸收鏡的寬帶反射鏡。
[0029]步驟S2:異質(zhì)結(jié)薄膜制備:采用化學(xué)氣相沉積法進(jìn)行鍍膜。以石墨烯/過渡金屬硫化物(TMDs)異質(zhì)結(jié)為例說明:I)將上述制備的襯底材料置于反應(yīng)室內(nèi)，鍍有金膜的面朝與氣流接觸的方向，以甲燒和氫氣作為反應(yīng)材料。加熱襯底材料使甲燒和氫氣在金膜表面合成大面積的高質(zhì)量單層石墨烯;2)更換反應(yīng)材料，控制氣流速率，反應(yīng)室溫度和沉積時(shí)間等參數(shù)，在石墨烯表面生長(zhǎng)所需厚度的過渡金屬硫化物薄膜。
[0030]步驟S3:保護(hù)膜層制備:采用多層六角氮化硼薄膜，六方氮化硼屬六方晶系，具有類似石墨的層次結(jié)構(gòu)，其晶體結(jié)構(gòu)的每一層有B、N原子相間排列成六角環(huán)狀網(wǎng)絡(luò)。層內(nèi)原子之間呈很強(qiáng)的共價(jià)結(jié)合，所以結(jié)構(gòu)緊密。層間為分子健結(jié)合，結(jié)合弱，故容易削弱。這種薄膜在透光的同時(shí)又能隔離空氣中的水蒸氣、氧氣對(duì)異質(zhì)結(jié)的氧化和侵蝕，又能高效傳導(dǎo)熱量，提高可保和吸收鏡的熱損傷閾值。
[0031]上述所述的異質(zhì)結(jié)可飽和吸收鏡的制備過程及各制備階段的產(chǎn)品膜層結(jié)構(gòu)具體結(jié)合圖3和圖4所示，圖3是實(shí)施例提供的異質(zhì)結(jié)可飽和吸收鏡的制備方法中襯底鍍金膜過程示意圖，圖4是實(shí)施例提供的異質(zhì)結(jié)可飽和吸收鏡的制備方法中異質(zhì)結(jié)膜層和保護(hù)膜層制備過程示意圖。其中I為襯底，2為金膜層，3為石墨烯層，4為過渡金屬硫化物薄膜層，5為保護(hù)膜層。
[0032]本發(fā)明的異質(zhì)結(jié)薄膜制備過程利用化學(xué)氣相沉積法，制備過程簡(jiǎn)單，可大批量生產(chǎn)，每次可以制備上千塊異質(zhì)結(jié)可飽和吸收鏡。同時(shí)，在沉積過程中，通過控制沉積的溫度、時(shí)間等，可以控制沉積的異質(zhì)結(jié)薄膜的厚度和均勻性。其中，溫度可以通過真空室內(nèi)加熱裝置改變、沉積時(shí)間可以程序控制或人工控制。由此可大批量生產(chǎn)，同時(shí)使制作的異質(zhì)結(jié)可飽和吸收鏡規(guī)格一致，且其帶寬可從可見光拓展到紅外甚至微波。
[0033]如圖5所示，為本實(shí)施例所得的異質(zhì)結(jié)可飽和吸收鏡，金膜層2位于襯底101之上，異質(zhì)結(jié)層102位于金膜層5之上，保護(hù)膜層103位于異質(zhì)結(jié)層102之上;其中異質(zhì)結(jié)層102由石墨烯層3和過渡金屬硫化物薄膜層4構(gòu)成。
[0034]所得的異質(zhì)結(jié)可飽和吸收鏡包含的異質(zhì)結(jié)層102由石墨烯層3和過渡金屬硫化物薄膜層4兩層不同物質(zhì)構(gòu)成，有效地結(jié)合了這兩種材料在非線性光學(xué)領(lǐng)域各自的優(yōu)點(diǎn)，使制得的異質(zhì)結(jié)可飽和吸收鏡綜合性能顯著提高;其包含的保護(hù)膜層103，采用多層六角氮化硼薄膜，可在透光的同時(shí)又能隔離空氣中的水蒸氣、氧氣對(duì)異質(zhì)結(jié)的氧化和侵蝕，又能高效傳導(dǎo)熱量，提高可保和吸收鏡的熱損傷閾值。因此本實(shí)施例制備而成的異質(zhì)結(jié)可飽和吸收鏡具有高損傷閾值的優(yōu)點(diǎn)。所述異質(zhì)結(jié)可飽和吸收鏡進(jìn)一步所包括的金膜層，作為可飽和吸收鏡的寬帶反射鏡。本實(shí)施例所提供的異質(zhì)結(jié)可飽和吸收鏡，其帶寬可從可見光拓展到紅外甚至微波。
[0035]本實(shí)施例還提供了一種鎖模光纖激光器，包括諧振腔，所述諧振腔包括上述所述的異質(zhì)結(jié)可飽和吸收鏡，所述異質(zhì)結(jié)可飽和吸收鏡用于對(duì)所述諧振腔產(chǎn)生的激光鎖膜。該鎖模光纖激光器具備了本發(fā)明的異質(zhì)結(jié)可飽和吸收鏡所具有的優(yōu)點(diǎn)，相比現(xiàn)有的鎖模光纖激光器，不僅性能顯著提高，而且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠性高。
[0036]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種異質(zhì)結(jié)可飽和吸收鏡，其特征在于，包括襯底、覆蓋在所述襯底上的異質(zhì)結(jié)薄膜以及位于所述異質(zhì)結(jié)薄膜之上的保護(hù)膜層;所述異質(zhì)結(jié)薄膜包括至少兩層可飽和吸收層，其中各可飽和吸收層的材料互不相同。2.如權(quán)利要求1所述的異質(zhì)結(jié)可飽和吸收鏡，其特征在于，所述異質(zhì)結(jié)可飽和吸收鏡還包括金膜層，所述金膜層位于所述襯底與所述異質(zhì)結(jié)薄膜之間。3.如權(quán)利要求1所述的異質(zhì)結(jié)可飽和吸收鏡，其特征在于，所述金膜層的厚度為500-1OOOnm04.如權(quán)利要求1所述的異質(zhì)結(jié)可飽和吸收鏡，其特征在于，所述保護(hù)膜層為多層六角氮化硼薄膜。5.如權(quán)利要求1所述的異質(zhì)結(jié)可飽和吸收鏡，其特征在于，所述至少兩層可飽和吸收層分別為石墨烯層、過渡金屬氧族化物材料層、拓?fù)浣^緣體材料層中的任意兩種或任意兩種材料不同的過渡金屬氧族化物材料層;其中，所述過渡金屬氧族化物不包括氧化物。6.如權(quán)利要求4所述的異質(zhì)結(jié)可飽和吸收鏡，其特征在于，所述過渡金屬氧族化物材料包括二碲化鎢、二碲化鉬、二硫化鉿、二砸化鉿、二砸化鈷、二碲化鈷、二砸化錸、二碲化錸、二硫化錫、二砸化錫、二硫化鈮、二砸化鈮、二硫化鈦、二砸化鈦、二硫化鉭、二砸化鉭、二硫化錯(cuò)、二碲化錯(cuò)、二硫化鉬，二硫化媽，二砸化鉬，二砸化媽;所述拓?fù)浣^緣體材料包括碲化銻、砸化鉍、碲化鉍及硫化鉍。7.如權(quán)利要求1所述的異質(zhì)結(jié)可飽和吸收鏡，其特征在于，所述襯底為銅片、碳化硅或藍(lán)寶石中的任意一種。8.—種如權(quán)利要求1所述的異質(zhì)結(jié)可飽和吸收鏡的制備方法，其特征在于，包括如下步驟: 襯底制備步驟:將襯底拋光； 異質(zhì)結(jié)制備步驟:將所述襯底置于反應(yīng)室內(nèi)，采用CVD法在所述金膜層上依次鍍上所述至少兩層可飽和吸收層，形成異質(zhì)結(jié)薄膜； 保護(hù)膜制備步驟:在所述異質(zhì)結(jié)薄膜表面鍍上保護(hù)膜層。9.如權(quán)利要求8所述的制備方法，其特征在于，在所述襯底制備步驟和所述異質(zhì)結(jié)制備步驟之間，所述制備方法還包括在襯底表面鍍金膜層的步驟。10.一種鎖模光纖激光器，包括用于產(chǎn)生激光的諧振腔，其特征在于，所述諧振腔包括權(quán)利要求1?7任意一項(xiàng)所述的異質(zhì)結(jié)可飽和吸收鏡，所述異質(zhì)結(jié)可飽和吸收鏡用于對(duì)所述諧振腔產(chǎn)生的激光鎖膜。
【文檔編號(hào)】H01S3/098GK105896257SQ201610387349
【公開日】2016年8月24日
【申請(qǐng)日】2016年6月2日
【發(fā)明人】閆培光, 陳浩, 王金章, 邢鳳飛
【申請(qǐng)人】深圳大學(xué)