[发明专利]三维狄拉克半金属衍射光栅

摘要

一种三维狄拉克半金属衍射光栅，使用零带隙、线性能量色散关系的三维狄拉克半金属材料作为衍射光栅刻线材料，该光栅工作波长覆盖2‑6微米的红外区域，多种非线性光学参数可调控；器件包括由三维狄拉克半金属材料构成的衍射光栅功能层和承载该功能层所需的光学元件。所述的三维狄拉克半金属衍射光栅具有高反射率型和低反射率型两种模式一种基于三维狄拉克半金属的衍射光栅器件。本发明还提供了利用该三维狄拉克半金属衍射光栅的可饱和吸收(或超快光学开关)特性产生波长可调谐红外脉冲激光器的具体方案。

主权项

1.一种三维狄拉克半金属衍射光栅，其特征在于：使用零带隙、线性能量色散关系的三维狄拉克半金属材料作为衍射光栅刻线材料，该光栅工作波长覆盖2‑6微米的红外区域；器件包括由三维狄拉克半金属材料和钝化层构成的衍射光栅功能层和承载该功能层所需的光学元件；所述的三维狄拉克半金属衍射光栅具有高反射率型和低反射率型两种模式；其中高反射率型三维狄拉克半金属衍射光栅由上至下的如下材料分布为：功能层（1）和光学元件，所述光学元件由上至下为缓冲层（2）、反射层（3）、和光学衬底（4）；低反射率型三维狄拉克半金属衍射光栅由上至下的如下材料分布为：功能层（1）、光学衬底（4）；所述的功能层（1）包含三维狄拉克半金属材料和钝化层；其中三维狄拉克半金属材料是一种宽带非线性光学材料，在红外光谱区域具有光学开关性能，包括砷化镉（Cd3As2）、铋化钠（Na3Bi）或碲化锆（ZrTe5）半金属材料中的一种或几种；三维狄拉克半金属薄膜的厚度为10纳米到10微米；钝化层对三维狄拉克半金属材料具有保护作用，提高器件的稳定性，钝化层材料能适应各种工作环境并在工作波长高度透明，钝化层材料包括二氧化硅（SiO2）、氧化铝（Al2O3）或氟化钙（CaF2）；钝化层的制备通过激光脉冲沉积、磁控溅射或热蒸发和分子束外延实现；钝化层的厚度为100纳米到20微米。