【技术实现步骤摘要】
本申请涉及一种纳米网格石墨烯可饱和吸收体及其制备方法，属于光学材料领域。
技术介绍
1、超快激光是一种脉冲时间极短的激光，脉冲宽度在飞秒(10-15s)到皮秒(10-12s)级别。它可以在非常短的时间内释放高能量，具有高峰值功率和高光束质量。超快激光在生命科学、材料科学、化学、物理学、计算机科学和环境科学等不同领域都有着巨大的应用前景。
2、半导体可饱和吸收镜(sesam)是一种用于超快激光器中的被动锁模技术。sesam的工作原理是通过在半导体材料中引入饱和吸收效应来实现，这种效应可以将激光脉冲限制在非常短的时间内。sesam和超快激光器之间的关系是密切的，因为sesam是实现超快激光器高质量、稳定和可重复性脉冲输出的关键元件。sesam可以调节超快激光器的模式锁阈值，使其能够产生稳定的脉冲序列，并且能够提高激光器的效率和功率输出。sesam还可以在微波频率范围内对超快激光脉冲进行调制，从而实现更广泛的应用。为得到高性能超快激光系统，设计并制造高性能的半导体可饱和吸收镜sesam核心器件尤为重要。
3、石墨烯是一种单层碳原子构成的二维材料，具有优异的光学、电学、热学和机械性能。在超快光学中，石墨烯可以作为一个重要的光学材料应用于各种光电器件中。石墨烯具有极高的载流子迁移率，可实现高速电子传输和响应速度并且石墨烯对多种波长的光都有良好的吸收效果，可用于实现宽波段激光控制。在非线性光学效应中石墨烯在强光作用下表现出非线性光学效应，可用于实现超快光调制和全光开关。然而，石墨烯是一种零带隙材料，因此其在可饱和吸收
4、将石墨烯通过一定的微纳加工工艺制备成石墨烯纳米网格结构可以有效的打开石墨烯的带隙，从而减小载流子的迁移度，从而增加了其非线性吸收特性，实现更高的饱和吸收特性。而且，石墨烯打开带隙后，其发生跃迁的波长可以向长波方向移动，这意味着该材料可以应用于宽带宽可调谐光调制器和光开关等应用中，提高了可调制范围和可调制性能。带隙打开还可以导致石墨烯表现出微弱的钝化效应，这可用于实现被动锁模调制以获得稳定的、高自由度的激光输出。石墨烯纳米网格可以通过调节孔径大小和分布密度等参数来改变其光学特性，从而改变其非线性吸收效应。因此，石墨烯纳米网格相对于石墨烯更适用非线性光学应用。然而石墨烯纳米网格制备难度较高，通常需要超高精度的光刻技术，所以在各类光学器件中的应用还比较少。
5、氧化硅纳米柱可以使光在纳米柱的表面和内部发生多次反射，并产生局域化的光场增强效应。这种局域化效应可以增加光与半导体吸收体的相互作用强度，提高吸收效率。进一步的，当光的波长与纳米柱的尺寸和形状匹配时，光子共振效应会发生。在共振条件下，光子在纳米柱表面产生局域化的电磁场增强效应，从而使光吸收增强。
6、cn109167245a公开了一种激光器可饱和吸收体的制备方法，包括以下步骤：1)将二维纳米材料分散于分散液中，进行超声处理，得到二维纳米材料分散液；2)将多孔玻璃放置于二维纳米材料分散液中，在超声条件下进行筛选吸附，形成多孔玻璃与二维纳米材料复番体；3)将多孔玻璃与二维纳米材料复合体取出，干燥；4)对经过干燥处理后的多孔玻璃与二维纳米材料复合体退火；5)对退火后的多孔玻璃与二维纳米材料复合体进行切割，抛光，得到可饱和吸收体。该有可饱和吸收体具有宽光谱相应高损伤阈值，长工作寿命。
7、cn115755245a公开了一种可饱和吸收体及其制备方法与可饱和吸收体器件，可饱和吸收体包括石墨烯以及负载在石上的复合纳米片；复合纳米片包括：bi2te3纳米片；包围在bi2te3纳米片周围、并与其相接形成异质结的环状sb2te3纳米片。其中bi2te3纳米片与环状sb2te3纳米片相接的界面处形成了bi2te3/sb2te3横向异质结，有助于实现电荷的快速转移、电子空穴对的快速复合，有效缩短弛豫时间，从而达到快速饱和吸收的目的。同时，复合纳米片与石墨烯复合，利用石墨烯热导高、抗氧化性强以及具有大尺寸成膜性等特点，有效改善二维层状材料易被空气氧化以及易团聚等缺点，提高可饱和吸收体的稳定性。
技术实现思路
1、本申请在sesam上转移石墨烯，并巧妙的结合微球自组装和半导体微纳加工中的镀膜、干法刻蚀技术，简单高效低成本的得到石墨烯纳米网格结构，利用石墨烯纳米网格结构的良好的非线性特性，降低sesam饱和通量和提高其调制深度，从而实现更高性能的激光输出。另外，将sio2增透层刻蚀出周期性的纳米柱结构，可以有效的限制载流子的逃逸。并且介质层纳米柱亦可作为光子晶体，有着局域等离子增强的作用，进一步提供激光器的输出性能。
2、本申请公开了一种纳米网格石墨烯可饱和吸收体，所述纳米网格石墨烯可饱和吸收体依次包括砷化镓衬底层、布拉格反射层、量子阱吸收层、sio2纳米柱层、石墨烯纳米网格层；所述sio2纳米柱层的厚度为100-300nm；石墨烯纳米网格层使用单层石墨烯，其厚度为0.2-0.5nm，更优选为0.34nm；所述石墨烯纳米网格层和sio2纳米柱层为相同的点阵结构和反点阵结构；当其为点阵结构时，石墨烯圆孔的孔径为10-100nm，更优选为16-90nm；当其为反点阵结构时候，石墨烯孔隙为圆孔状，且直径为10-100nm，更优选为16-90n m。
3、本申请公开了一种纳米网格石墨烯可饱和吸收体的制备方法，包括以下步骤：
4、(1)在砷化镓衬底上用mbe或mocvd依次生长布拉格反射层和量子阱吸收层；
5、(2)在量子阱吸收层上沉积sio2层；
6、(3)转移单层石墨烯于sio2层上；
7、(4)结合自组装技术和镀膜/刻蚀技术制备纳米尺寸金属掩膜。
8、(5)用干法刻蚀去除未被掩膜保护的石墨烯部分。
9、(6)用干法刻蚀sio2膜层，得到sio2纳米柱体结构。
10、(7)用cr腐蚀液去除金属cr掩膜。
11、优选的，步骤(2)中沉积温度260-350℃，沉积速率10-50nm/min，优选为沉积温度300-320℃，沉积速率20-35nm/min。
12、优选的，步骤(4)中所述纳米尺寸金属掩膜的制备可以采用方法(a)和(b)中的任意一种；
13、(a)：s1，在石墨烯上自组装20nm-100nm的ps微球，并通过加热使微球缩小，制备更小尺寸掩膜；s2，用sputter或者电子束蒸发技术蒸镀cr金属；s3，用丙酮清洗去除ps微球，得到cr金属掩膜；
14、(b)：ss1，用sputter或者电子束蒸发技术蒸镀cr金属作为掩膜；ss2，在sio2上自组装20nm-100nm的ps微球，并通过加热使微球缩小，制备更小尺寸掩膜；ss3，离子束刻蚀，以微球当掩膜刻蚀cr薄膜得到cr掩膜；ss4，用丙酮清洗去除ps微球，得到cr金属掩膜。
15、优选的，方法(a)和(b)中加热温度为100-150℃，保温10-30s，微球高温收缩约10％本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种纳米网格石墨烯可饱和吸收体，所述纳米网格石墨烯可饱和吸收体依次包括砷化镓衬底层、布拉格反射层、量子阱吸收层、SiO2纳米柱层、石墨烯纳米网格层；所述SiO2纳米柱层的厚度为100-300nm；所述石墨烯纳米网格层和SiO2纳米柱层为相同的点阵结构和反点阵结构；当其为点阵结构时，石墨烯圆孔的孔径为10-100nm，更优选为16-90nm；当其为反点阵结构时候，石墨烯孔隙为圆孔状，且直径为10-100nm，更优选为16-90nm。
2.如权利要求1所述的纳米网格石墨烯可饱和吸收体的制备方法，包括以下步骤：
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于步骤(2)中沉积温度260-350℃，沉积速率10-50nm/min，优选为沉积温度300-320℃，沉积速率20-35nm/min。
4.如权利要求2所述的方法，其特征在于步骤(4)中所述纳米尺寸金属掩膜的制备可以采用方法(a)和(b)中的任意一种；
5.如权利要求2所述的方法，其特征在于方法(a)和(b)中加热温度为100-150℃，保温10-30s，微球高温收缩约10％-20％；优选
6.如权利要求2所述的方法，其特征在于方法(a)和(b)分别可用来加工点阵结构和反点阵结构的石墨烯纳米网格，以及不同柱体结构的氧化硅纳米结构。
7.如权利要求2所述的方法，其特征在于步骤(4)中的金属掩膜是Cr膜，其厚度为5nm-30nm，金属掩膜采用电子束蒸发、热蒸发或sputter技术蒸镀；进行刻蚀时，刻蚀气体为Ar，体积流量为10-40sccm，束流密度为30-60A/cm3，离子能量为200-400eV，用丙酮清洗去除PS微球。
8.如权利要求2所述的方法，其特征在于步骤(5)使用RIE刻蚀机，用O2 plasma刻蚀去除未被掩膜保护的石墨烯部分，氧气流量10-30sccm，功率50-150W，刻蚀时间3-10s。
9.如权利要求2所述的方法，其特征在于步骤(6)中用RIE刻蚀SiO2，刻蚀气体为CHF3，流量为30-80sccm，功率为200-400W，刻蚀时间为5-10min。
10.如权利要求1所述的可饱和吸收体或如权利要求2-9所述方法制备的可饱和吸收体在超快激光器中的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种纳米网格石墨烯可饱和吸收体，所述纳米网格石墨烯可饱和吸收体依次包括砷化镓衬底层、布拉格反射层、量子阱吸收层、sio2纳米柱层、石墨烯纳米网格层；所述sio2纳米柱层的厚度为100-300nm；所述石墨烯纳米网格层和sio2纳米柱层为相同的点阵结构和反点阵结构；当其为点阵结构时，石墨烯圆孔的孔径为10-100nm，更优选为16-90nm；当其为反点阵结构时候，石墨烯孔隙为圆孔状，且直径为10-100nm，更优选为16-90nm。
2.如权利要求1所述的纳米网格石墨烯可饱和吸收体的制备方法，包括以下步骤：
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于步骤(2)中沉积温度260-350℃，沉积速率10-50nm/min，优选为沉积温度300-320℃，沉积速率20-35nm/min。
4.如权利要求2所述的方法，其特征在于步骤(4)中所述纳米尺寸金属掩膜的制备可以采用方法(a)和(b)中的任意一种；
5.如权利要求2所述的方法，其特征在于方法(a)和(b)中加热温度为100-150℃，保温10-30s，微球高温收缩约10％-20％；优选的，...
【专利技术属性】
技术研发人员：贾宪生，张子旸，陈红梅，黄彦程，蒋成，
申请(专利权)人：青岛翼晨镭硕科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。