[发明专利]基于化学合成的胶体量子点的可饱和吸收体器件

说明书

技术领域

本发明涉及非线性光学材料和器件，特别是一种基于化学合成的胶体量子点的可饱和吸收体器件，可用于激光器的锁模、调Q、激光光束整形等。

背景技术

可饱和吸收体作为超短脉冲激光器被动调Q、锁模的核心部件，可用于激光器被动调Q、锁模等。特别是，作为被动锁模稀土掺杂的光纤激光器在医疗、科学研究和激光高端制造领域拥有广泛的应用前景，引起国内外相关领域工作者广泛关注。

目前主要的可饱和吸收体包括半导体可饱和吸收镜(SESAM)、单壁碳纳米管(SWNT)、层状石墨烯与金属硫族化物(MoS₂、WSe₂、等)等。传统的SESAM由Ⅲ-Ⅴ族半导体量子阱或多重量子阱构成。经过不断的发展，尽管已经可以利用SESAM输出稳定激光，但是SESAM应用波段依然很窄(～800—1600nm)、光损伤阈值低、结构复杂，制造过程需要高度洁净的环境和昂贵的设备。SWNT在近红外波段有着比较优良的饱和吸收特性，已成功的利用它制备的成饱和吸收体器件实现脉冲激光输出。然而，SWNT吸收光波长由管径和手性决定，不适合的管径与金属型管对某些波长无饱和吸收响应。同时SWNT在制备过程中生长方向、大小、手性特性难以控制，管与管之间易结成束，带来较高的线性损耗，这极大的限制了基于SWNT被动锁模光纤激光器的输出光的光学质量。利用层状石墨烯与金属硫族化物作为可饱和吸收体的器件，尽管可以拓宽光波适用波段，但是在制备稳定性上仍然面临较大问题。同时层状可饱和吸收体依赖于层数与排列方式，多层的石墨烯与金属硫族化物载流子迁移率急剧下降，能带结构与饱和特性响应变化较大，不利于制备稳定、高效、可靠的可饱和吸收体器件。

量子点作为一种能级分离的零维点材料，拥有巨大的能级可调性。早期发展的Ⅲ-Ⅴ族自组织生长的量子点(InGaAs/InAs、InP、InAs等)已经被证实拥有可饱和吸收性(参见SCI期刊《Nature photonics》中的文献《Mode-locked quantum-dot lasers》)。同时利用在熔融玻璃中诱导产生的量子点(PbS、PbSe、CdTe等)同样也可以产生脉冲激光(参见SCI期刊《The laser physics Letters》中的文献《Compact passively Q-switched diode-pumped Tm:KY(WO₄)₂)laser with 8ns/30μj pulses》)。但是这些量子点同样存在制备工艺复杂，样品可操作性与稳定性差等缺点，因此基于此类量子点制作的可饱和吸收器件依然不是有效、可靠的解决方案。化学合成的胶体量子点具有合成简单、能级结构可控、样品制作成本低廉等多种优点，同时化学合成的量子点保持极低的饱和强度，代表其具有优异的饱和吸收性能。

发明人通过实验验证，化学合成胶体量子点具有可饱和吸收特性，且化学合成胶体量子点可以通过改变组分与尺寸，保证适用波长从0.4-5um。

发明内容

本发明目的是提供一种基于化学合成的胶体量子点的可饱和吸收体器件，该器件适用于从可见到红外波段，克服了现有可饱和吸收体的不足。本发明所用的化学合成的胶体量子点合成简单，性能可控，可适用波段宽，可有效的解决其他可饱和吸收体的制备过程中面临的制备缺点，降低可饱和吸收体器件制造成本。

本发明具体的技术方案如下：

一种基于化学合成的胶体量子点的可饱和吸收体器件，特点在于该器件是由可饱和吸收的化学合成的胶体量子点和包裹所述的胶体量子点的基体构成，所述的基体为有机聚合物或无机聚合物。

所述的化学合成的胶体量子点是CdSe/ZnS、CdSe/ZnSe、CdSe/CdS、CdSe/CdS/ZnS、CdTe/CdS、CdSe/ZnCdS、CdTe/ZnCdS、CdSe/CdZnS/ZnS、CdZnSe/ZnS、CdZnS/ZnS、CdZnSe/CdS、CdZnS/CdSe、CsPbBr₃、CsPb(Br/I)₃或CsPbI₃胶体量子点。

所述的有机聚合物为聚乙烯醇(以下简称为PVA)或聚甲基丙烯酸甲酯(以下简称为PMMA)。

所述的无机聚合物为二氧化硅或磷酸盐凝胶玻璃。

本发明的技术效果如下：

本发明所用化学合成的胶体量子点具有简单、高效、廉价的人工可控的优点，可有效的解决其他可饱和吸收体的制备过程中面临的制备困难、制备环境苛刻、样品稳定性不足的缺点，降低器件制造成本；