一种基于结构介电常数近零薄膜的可饱和吸收体器件、制备方法及应用技术

一种基于结构介电常数近零薄膜的可饱和吸收体、制备方法及脉冲激光器方面的应用，属于激光技术及非线性光学技术领域。所述可饱和吸收体器件包括衬底、微结构阵列层和沉积在所述微结构陈列层上的结构ENZ薄膜。将结构ENZ可饱和吸收体放置在连续或长脉冲运转的激光谐振腔内，可以实现短脉冲激光输出。本发明专利技术提供的结构ENZ可饱和吸收体，具有在0

【技术实现步骤摘要】
一种基于结构介电常数近零薄膜的可饱和吸收体器件、制备方法及应用


[0001]本专利技术涉及基于结构介电常数近零薄膜的可饱和吸收体器件、制备方法及脉冲激光器方面的应用，属于激光技术及非线性光学


技术介绍

[0002]介电常数近零(ENZ)材料作为集成光子学和纳米光子学器件应用的新平台在近年得到研究者的广泛关注。在ENZ波长附近，随着介电常数实部接近于零，ENZ材料的折射率变化很大，可以在低功率光场下实现了高效的非线性光学响应。目前，关于ENZ材料在谐波转换、太赫兹波产生和激光调制开关等非线性光学应用领域的应用已成为激光领域的热点问题。以氧化铟锡(ITO)薄膜为代表的透明导电氧化物(TCO)薄膜在光通信波段表现出介电常数交叉，同时具有低的光损耗、亚皮秒的响应时间、良好的互补金属氧化物半导体兼容性，是目前研究ENZ材料的非线性光学性能和应用的优质材料平台。
[0003]然而，根据M.Z.Alam等人对ITO薄膜光学非线性的研究，只有在斜入射TM偏振激光辐照下，ENZ增强的非线性光学响应才会发生，且在入射角接近60
°
时达到最大。因此当基于TCOs薄膜等ENZ材料的激光调制器件应用于非TM偏振或非斜入射光路时，材料的ENZ场增强效应不能得到有效利用，限制了ENZ材料在非线性光学器件方面的进一步发展。
[0004]可饱和吸收体是脉冲激光器的关键部件，目前基于TCO薄膜的优异饱和吸收特性制备而成的可饱和吸收体器件被应用在多种被动调制脉冲激光器中，实现了多种波长的超快脉冲激光输出。但是，目前激光器中应用的可饱和吸收体的一般垂直于激光传播方向，即0
°
入射。虽然强的环境稳定性、超快的弛豫过程、高的激光诱导损伤阈值和可调节的非线性使TCO薄膜成为可饱和吸收体器件和脉冲激光器的有力候选者，但目前基于TCO薄膜的可饱和吸收体并未有效利用其ENZ场增强引起的强的非线性光学效应，这也限制了基于TCO薄膜等ENZ光开关的进一步发展。因此，需要寻找一种有效的方法，使ENZ薄膜在0
°
激光辐照下依然可以产生强的饱和吸收性能，真正实现ENZ效应在可饱和吸收体及脉冲激光器中的有效利用。

技术实现思路

[0005]针对现有技术的不足，本专利技术提供一种基于结构ENZ薄膜的可饱和吸收体器件。旨在解决现有ENZ可饱和吸收体器件在0
°
激光辐照下不能有效利用其ENZ效应增强的饱和吸收问题。
[0006]所述基于结构ENZ薄膜的可饱和吸收体器件具有以下优点：(1)在0
°
激光辐照下依然可以产生强的饱和吸收特性，可有效利用ENZ材料的ENZ效应引起的强的非线性光学性能。(2)具有较高的损伤阈值，能够用于高功率激光器的研制。(3)成本低，可大面积制备，便于集成，有利于产业化生产。本专利技术还提供了一种基于结构ENZ薄膜的可饱和吸收体的制备方法和应用。
[0007]本专利技术还提供了上述可饱和吸收体器件的制备方法及脉冲激光器方面的应用。
[0008]本专利技术的技术方案如下：
[0009]一方面，本专利技术提供一种基于结构ENZ薄膜的可饱和吸收体器件，包括：
[0010]包括，衬底、微结构阵列层和沉积在该微结构陈列层表面的具有可饱和吸收特性的结构ENZ薄膜；
[0011]所述结构ENZ薄膜作为可饱和吸收体，用于产生脉冲激光；
[0012]所述结构ENZ可饱和吸收体器件的制备方法，具体包括：
[0013](1)加工具有纳米级别尺寸的微结构单元，或直接在透明衬底表面刻蚀微结构单元形成微结构阵列层；
[0014](2)通过自组装工艺将微结构单元转移到清洗后的透明衬底上，形成微结构阵列层；
[0015](3)采用电子束蒸发技术或磁控溅射技术，在微结构阵列层上沉积ENZ薄膜，得到的薄膜即为结构ENZ薄膜，得到所述可饱和吸收体器件。
[0016](4)针对工作波长在衬底背面镀以有利于激光振荡的介质膜，外包制冷铜块，制成被动调Q或锁模元件。
[0017]进一步，所述步骤(1)中加工具有纳米级别尺寸的微结构单元，加工方法包括法、激光加工、机械刻蚀等方法；所述激光加工和机械刻蚀方法可以直接在透明衬底表面加工微结构阵列层。
[0018]进一步，所述加工方法具体为法，微结构具体为SiO2微球，优选尺寸为580nm。
[0019]进一步，所述步骤(2)中，透明衬底具体为石英衬底，可根据需要加工成任意形状，优选形状是矩形或圆形。
[0020]进一步，所述步骤(3)中，ENZ薄膜优选为ITO薄膜。
[0021]进一步，所述石英衬底背面可镀以有利于激光振荡的介质膜，外包制冷铜块，减小其在工作波段的损耗和热效应。
[0022]进一步，所述透明衬底表面与微结构掩膜的膜层间可镀以对工作波长的高反膜，得到反射式可饱和吸收体器件。
[0023]本专利技术的基于结构ENZ薄膜的可饱和吸收体器件的应用，用于对连续激光进行脉冲调制，包括被动调Q或被动锁模。
[0024]另一方面，本专利技术提供一种基于结构ENZ可饱和吸收体器件的全固态脉冲激光器，包括沿光路依次安放的泵浦源、聚焦系统、输入镜、增益介质、所述可饱和吸收体器件和输出镜。将所述结构ENZ可饱和吸收体器件放于谐振腔内，聚焦后的泵浦光经输入镜输入到激光增益介质中，产生的激光经本专利技术的结构ENZ可饱和吸收体器件调制，从输出镜输出脉冲激光。所述输入镜和输出镜均镀以对激光工作波段的有利于激光振荡的介质膜。
[0025]上述全固态脉冲激光器的谐振腔参数可自行设计，如腔长、前后腔镜的曲率、输出镜的耦合透过率等，并可根据实际需要添加全反镜以改变腔型，相关设计是本领域熟知的技术。
[0026]本专利技术还提供一种基于结构ENZ可饱和吸收体器件的光纤脉冲激光器，包括泵浦源、波分复用器、增益光纤、光隔离器、所述结构ENZ可饱和吸收体器件、光纤输出耦合器以
及偏振控制器，依次首尾连接构成。泵浦源输出的光经波分复用器注入到增益光纤中，增益光纤另一端连接光隔离器，光隔离器另一端连接所述结构ENZ可饱和吸收体器件和光纤输出耦合器；所述结构ENZ可饱和吸收体器件放置于光隔离器与光纤输出耦合器之间；光纤输出耦合器另一端连接偏振控制器构成环形腔；其中，光纤输出耦合器的一个端口用于信号监控与输出，另一个端口可将其余激光反馈回腔内继续运转。
[0027]上述光纤脉冲激光器的谐振腔参数可自行设计，如腔长、增益光纤的长度、光纤输出耦合器的参数等，并可根据实际需要改变腔型，相关设计是本领域熟知的技术。
[0028]与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：
[0029]本专利技术提供了一种基于结构ENZ薄膜的可饱和吸收体器件，充分利用了结构ENZ薄膜的ENZ场增强效应引起的优异的可饱和吸收性能，对连续激光进行调制，产生脉冲激光输出。
[0030](1)基于结构ENZ薄膜的可饱和吸收体器件在0
°
激光辐照下依然可以产生强的饱和本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于结构介电常数近零(ENZ)薄膜的可饱和吸收体器件，其特征在于，包括：衬底；微结构阵列层，放置在所述衬底上，由陈列排布的微结构单元组成，各微结构单元为轴对称结构；结构ENZ薄膜，沉积在所述微结构阵列上，且与各微结构单元构成的微结构阵列具有相同波纹结构。2.根据权利要求1所述的一种基于结构ENZ薄膜的可饱和吸收体器件，其特征在于，所述结构ENZ薄膜为掺锡氧化铟(ITO)、氧化镉、掺镓氧化锌中一种或多种组合。3.根据权利要求1所述的一种基于结构ENZ薄膜的可饱和吸收体器件，其特征在于，所述微结构单元为SiO2球、SiO2光栅、SiO2圆锥中的一种。4.根据权利要求1所述的一种基于结构ENZ薄膜的可饱和吸收体器件，其特征在于，所述衬底为石英、蓝宝石、云母片等透明衬底中的一种。5.一种如权利要求1
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4任一所述可饱和吸收体器件的制备方法，其特征在于，通过自组装工艺或机械刻蚀工艺和电子束蒸发方法制得，具体步骤包括：(1)加工具有纳米级别尺寸的微结构单元，或直接在透明衬底表面刻蚀微结构单元形成微结构阵列层；(2)通过自组装工艺...

【专利技术属性】
技术研发人员：王梦霞，蒋行，赵元安，马浩，邵建达，
申请(专利权)人：中国科学院上海光学精密机械研究所，
类型：发明
国别省市：