钙钛矿光学脉冲调制器件及其制备工艺与应用制造技术

本发明专利技术涉及钙钛矿光学脉冲调制器件及其制备工艺与应用。钙钛矿光学脉冲调制器件包括石英玻璃衬底和制备在衬底上的钙钛矿材料薄膜。未载有钙钛矿材料的一面镀以对1.05-1.1μm高透的介质膜或不镀膜。钙钛矿光学脉冲调制器件用于激光器中，有钙钛矿薄膜的一面朝向激光腔内，另一面朝向激光腔外，泵浦光经过激光增益介质后再通过本钙钛矿光学脉冲器件，置于激光增益介质前面的前腔镜作为输入镜与置于钙钛矿光学脉冲器件后面的后腔镜形成谐振腔；可用于对红外波段的激光进行损耗的调节。本发明专利技术的脉冲调制器件制作简单、成本低，有利于产业化生产。

【技术实现步骤摘要】
钙钛矿光学脉冲调制器件及其制备工艺与应用
本专利技术涉及一种有机-无机复合钙钛矿光学脉冲调制器件及其制备工艺与及应用，属于激光器件

技术介绍
有机金属卤化物钙钛矿晶体是一种化合物半导体，由于其具有高的太阳光谱吸收系数，与通常的太阳能膜层相比，可以做得更薄，成为制备平面异质结太阳能电池最为理想的材料。有机金属卤化物钙钛矿晶体中最具代表性的是甲基氨基碘化铅(CH3NH3PbI3)。甲基氨基碘化铅(CH3NH3PbI3)属于钙钛矿型结构(ABX3)材料，具有稳定的晶体结构、独特的电磁性能以及很高的氧化还原、氢解、异构化、吸光性、电催化等活性，是一种新型的功能材料，并因其高的转化效率、低廉的生产成本和简单的制作工艺成为近两年全球太阳能电池领域的研究热点，有望成为未来清洁能源的主力。CN104084699A提供一种柔性衬底上制备均匀有机无机钙钛矿晶体薄膜的方法，包括：在镀有导电薄膜的柔性衬底上浸涂或旋涂在导电薄膜上制备有机无机钙钛矿薄膜，100℃以下低温预退火；用超短脉冲激光通过物镜聚焦在所述有机无机钙钛矿薄膜的表面，焦点处的钙钛矿材料发生熔化再生长，形成均匀薄膜。用于制备平面异质结太阳能电池。CN104250723A公开了一种基于金属铅单质薄膜原位大面积控制合成钙钛矿型CH3NH3PbI3薄膜材料的化学方法，在基底表面溅射铅单质薄膜，然后将具有铅单质薄膜的基底材料水平浸泡于含有单质碘和碘化甲胺的有机溶液中，恒温反应原位制得CH3NH3PbI3薄膜材料；所得CH3NH3PbI3薄膜纯度高、薄膜表面晶体均匀，可用于第三代太阳能电池。光学脉冲调制器件是激光器中重要的器件，而被动调制器件具有体积小、结构简单、便于集成等优势，是脉冲光学器件的首选。被动调制的原理主要是利用材料的非线性可饱和吸收效应即当强光进行照射时，其价带中的电子会全部跃迁至导带，在导带形成完全分布，从而不会再对该光进行吸收，也就是对该光保持较高的透过率。常用的半导体可饱和吸收体主要有可饱和吸收镜(SESAM)和砷化镓(GaAs)两种器件，这两种器件制作工艺比较复杂，生产成本较高，能耗较大。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术提供一种低成本钙钛矿光学脉冲调制器件及其制备工艺。本专利技术还提供所述钙钛矿光学脉冲调制器件在脉冲激光中的应用。本专利技术的技术方案如下：一种钙钛矿光学脉冲调制器件，包括：一石英玻璃衬底，和沉积在该衬底上表面、厚度为300-600nm钙钛矿薄膜；非必要地，在该衬底背面镀以有利于激光振荡的介质膜；该器件用于脉冲激光器时，沉积有钙钛矿薄膜的一面朝向激光腔内，另一面朝向激光腔外，实现对1.05-1.1μm红外波段的激光进行调制。根据本专利技术优选的，所述的钙钛矿薄膜是甲基氨基碘化铅(CH3NH3PbI3，有机无机钙钛矿)薄膜。特别优选，钙钛矿薄膜厚度为400-500nm。所述钙钛矿薄膜采用半气相法或液相法使PbI2与CH3NH3I反应生成CH3NH3PbI3沉积在石英玻璃衬底上表面制成；可按现有半气相法或液相法沉积技术制备即可。根据本专利技术优选的，所述的石英玻璃衬底厚度为0.5mm-2mm；特别优选石英玻璃衬底厚度为2mm。本专利技术所述的钙钛矿光学脉冲调制器件，可加工成任意形状，优选的形状是矩形或圆形。器件尺寸可根据需要选择。优选的钙钛矿薄膜厚度为400-500nm。本专利技术所述的镀在石英玻璃衬底背面的介质膜可根据应用时的要求，改变振荡光的反射率，克服不镀膜时反射率不可变等因素带来的缺点，有利于脉冲激光器的设计。优选的，在石英玻璃衬底背面镀以对1.05-1.1μm高透的介质膜。一种低成本钙钛矿光学脉冲调制器件的制备方法，包括：-以石英玻璃片作为衬底，用半气相沉积法或液相沉积法使PbI2与CH3NH3I反应生成CH3NH3PbI3沉积在石英玻璃衬底上制成钙钛矿薄膜，-任选的，在衬底另一表面镀以对1.05-1.1μm高透的介质膜或不镀膜，形成钙钛矿光学脉冲调制器件。所述钙钛矿薄膜厚度为300-600nm，特别优选厚度为400-500nm；所述的石英玻璃衬底厚度为0.5mm-2mm；特别优选衬底厚度为2mm。优选的，用半气相沉积法在石英玻璃衬底上制备钙钛矿薄膜，步骤如下：(1)对石英玻璃片进行超声清洗后自然干燥；(2)采用旋涂法将PbI2的无水N,N-二甲基甲酰胺溶液涂在石英玻璃片上，形成PbI2薄膜，干燥；(3)将CH3NH3I粉末均匀铺敷在载有PbI2薄膜的石英片周围，盖上培养皿，并加热到150℃保持30-35分钟，得到CH3NH3PbI3薄膜；CH3NH3I与PbI2摩尔比1-1.2:1；(4)冷却后，将CH3NH3PbI3薄膜用异丙醇冲洗，干燥。优选的，用液相沉积法在石英玻璃衬底上制备钙钛矿薄膜，步骤如下：(1)对石英玻璃片进行超声清洗后自然干燥；(2)采用旋涂法将的PbI2的无水N,N-二甲基甲酰胺溶液涂在石英玻璃片上，形成PbI2薄膜；(3)干燥后，将载有PbI2薄膜的石英玻璃片浸没在CH3NH3I的异丙醇溶液中5-8分钟，得到CH3NH3PbI3薄膜；所述PbI2与CH3NH3I的摩尔比1：1-1.2；(4)将CH3NH3PbI3薄膜材料用异丙醇冲洗，干燥后即可得到本实施例所述的光学脉冲调制器件。以上至步骤中未详加限定的均可按现有的半气相法或液相法沉积技术制备即可。根据本专利技术，所述钙钛矿光学脉冲调制器件的应用，作为脉冲调Q器件或锁模器件用于激光器中。在激光器运用中，采用端面或者侧面泵浦的方式，将泵浦光输入到激光增益介质中，所述泵浦光经过激光增益介质后再通过本专利技术的钙钛矿脉冲调制器件，置于激光增益介质前面的前腔镜与置于钙钛矿脉冲调制器件后面的输出镜形成谐振腔。所述的前后腔镜均镀有利于激光振荡的介质膜。所述的激光增益介质可以选择半导体、激光晶体、激光陶瓷或者激光玻璃等所有能产生激光增益的介质，加工成圆柱形或者长方体，其端面镀以有利于泵浦光的吸收和激光振荡的介质膜，也可以只是精抛光不镀膜。优选的，所述的激光增益介质是Nd:YAG或Nd:YVO4晶体，Nd3+离子浓度为0.01-0.5at.％。所述的泵浦源为半导体激光二极管(LD)或氙灯等能提供泵浦能量的光源。所述的前腔镜的输入镜的介质膜可以直接镀于激光增益介质距离钙钛矿较远的面上，另一个面可以镀以有利于激光振荡和泵浦光吸收的介质膜，也可以不镀膜。后腔镜的输出镜的介质膜可以直接镀于激光增益介质距离钙钛矿较远的面上，另一个面可以镀以有利于激光振荡的介质膜，也可以不镀膜。所述的前腔镜选用一个半径为10-100mm的平透镜，镜面镀以对1.05-1.1μm高反射的介质膜，前腔镜与调制元件之间的距离为0.05-8cm，优选为5-8cm。所述的后腔镜选用一个半径为10-100mm的平凹镜，凹面镀以对1.05-1.1μm部分透过的介质膜，优选透过3-10％；后腔镜与调制元件之间的距离为0.05-8cm，优选为0.05-1cm。进一步优选，前腔镜与后腔镜的距离为3-10cm。一种脉冲激光器，包括本专利技术上述的钙钛矿脉冲调制器件，沉积有钙钛矿薄膜的一面朝向激光腔内，另一面朝向激光腔外，实现对1.05-1.1μm红外波段的激光进行调制。本专利技术提供的钙钛矿光学脉冲调制器件可用于对产生红外波段的激光进行损耗本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种钙钛矿光学脉冲调制器件，包括：一石英玻璃衬底，和沉积在该衬底上面、厚度为300‑600nm钙钛矿薄膜；非必要地，在该衬底背面镀以有利于激光振荡的介质膜；沉积有钙钛矿薄膜的一面朝向激光腔内，另一面朝向激光腔外，实现对1.05‑1.1μm红外波段的激光进行调制。

【技术特征摘要】
1.一种钙钛矿光学脉冲调制器件的应用，其特征在于，该器件作为激光器中脉冲调Q器件或锁模器件的应用；所述钙钛矿光学脉冲调制器件包括一石英玻璃衬底，和沉积在该衬底上面、厚度为300-600nm钙钛矿薄膜；在该衬底背面镀以有利于激光振荡的介质膜；沉积有钙钛矿薄膜的一面朝向激光腔内，另一面朝向激光腔外，实现对1.05-1.1μm红外波段的激光进行调制；在激光器运用中，采用端面或者侧面泵浦的方式，将泵浦光输入到激光增益介质中，所述泵浦光经过激光增益介质后再通过所述的钙钛矿脉冲调制器件，置于激光增益介质前面的前腔镜与置于钙钛矿脉冲调制器件后面的输出镜形成谐振腔；所述的前后腔镜均镀有利于激光振荡的介质膜。2.如权利要求1所述的钙钛矿光学脉冲调制器件的应用，其特征在于所述的钙钛矿薄膜是甲基氨基碘化铅；钙钛矿薄膜厚度为400-500nm。3.如权利要求1所述的钙钛矿光学脉冲调制器件的应用，其特征在于所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：于浩海，张锐，张怀金，王继扬，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：山东;37