鈣鈦礦光學(xué)脈沖調(diào)制器件及其制備工藝與應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種有機(jī)-無機(jī)復(fù)合鈣鈦礦光學(xué)脈沖調(diào)制器件及其制備工藝與及應(yīng)用，屬于激光器件技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]有機(jī)金屬鹵化物鈣鈦礦晶體是一種化合物半導(dǎo)體，由于其具有高的太陽光譜吸收系數(shù)，與通常的太陽能膜層相比，可以做得更薄，成為制備平面異質(zhì)結(jié)太陽能電池最為理想的材料。有機(jī)金屬鹵化物鈣鈦礦晶體中最具代表性的是甲基氨基碘化鉛(CH3NH3PbI3)。
[0003]甲基氨基碘化鉛(CH3NH3PbI3)屬于鈣鈦礦型結(jié)構(gòu)(ABX3)材料，具有穩(wěn)定的晶體結(jié)構(gòu)、獨(dú)特的電磁性能以及很高的氧化還原、氫解、異構(gòu)化、吸光性、電催化等活性，是一種新型的功能材料，并因其高的轉(zhuǎn)化效率、低廉的生產(chǎn)成本和簡單的制作工藝成為近兩年全球太陽能電池領(lǐng)域的研宄熱點(diǎn)，有望成為未來清潔能源的主力。CN104084699A提供一種柔性襯底上制備均勻有機(jī)無機(jī)鈣鈦礦晶體薄膜的方法，包括:在鍍有導(dǎo)電薄膜的柔性襯底上浸涂或旋涂在導(dǎo)電薄膜上制備有機(jī)無機(jī)鈣鈦礦薄膜，100°C以下低溫預(yù)退火；用超短脈沖激光通過物鏡聚焦在所述有機(jī)無機(jī)鈣鈦礦薄膜的表面，焦點(diǎn)處的鈣鈦礦材料發(fā)生熔化再生長，形成均勻薄膜。用于制備平面異質(zhì)結(jié)太陽能電池。
[0004]CN104250723A公開了一種基于金屬鉛單質(zhì)薄膜原位大面積控制合成媽鈦礦型013冊(cè)^^13薄膜材料的化學(xué)方法，在基底表面濺射鉛單質(zhì)薄膜，然后將具有鉛單質(zhì)薄膜的基底材料水平浸泡于含有單質(zhì)碘和碘化甲胺的有機(jī)溶液中，恒溫反應(yīng)原位制得013冊(cè)^^13薄膜材料；所得CH3NH3PbI3薄膜純度高、薄膜表面晶體均勻，可用于第三代太陽能電池。
[0005]光學(xué)脈沖調(diào)制器件是激光器中重要的器件，而被動(dòng)調(diào)制器件具有體積小、結(jié)構(gòu)簡單、便于集成等優(yōu)勢(shì)，是脈沖光學(xué)器件的首選。被動(dòng)調(diào)制的原理主要是利用材料的非線性可飽和吸收效應(yīng)即當(dāng)強(qiáng)光進(jìn)行照射時(shí)，其價(jià)帶中的電子會(huì)全部躍迀至導(dǎo)帶，在導(dǎo)帶形成完全分布，從而不會(huì)再對(duì)該光進(jìn)行吸收，也就是對(duì)該光保持較高的透過率。常用的半導(dǎo)體可飽和吸收體主要有可飽和吸收鏡(SESAM)和砷化鎵(GaAs)兩種器件，這兩種器件制作工藝比較復(fù)雜，生產(chǎn)成本較高，能耗較大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種低成本鈣鈦礦光學(xué)脈沖調(diào)制器件及其制備工藝。
[0007]本發(fā)明還提供所述鈣鈦礦光學(xué)脈沖調(diào)制器件在脈沖激光中的應(yīng)用。
[0008]本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0009]一種鈣鈦礦光學(xué)脈沖調(diào)制器件，包括:
[0010]一石英玻璃襯底，和沉積在該襯底上表面、厚度為300-600nm鈣鈦礦薄膜；
[0011]非必要地，在該襯底背面鍍以有利于激光振蕩的介質(zhì)膜；
[0012]該器件用于脈沖激光器時(shí)，沉積有鈣鈦礦薄膜的一面朝向激光腔內(nèi)，另一面朝向激光腔外，實(shí)現(xiàn)對(duì)1.05-1.1 μπι紅外波段的激光進(jìn)行調(diào)制。
[0013]根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述的鈣鈦礦薄膜是甲基氨基碘化鉛(CH3NH3PbI3，有機(jī)無機(jī)鈣鈦礦)薄膜。特別優(yōu)選，鈣鈦礦薄膜厚度為400-500nm。所述鈣鈦礦薄膜采用半氣相法或液相法使？1^12與CH 3NH3I反應(yīng)生成CH3NH3PbI3沉積在石英玻璃襯底上表面制成；可按現(xiàn)有半氣相法或液相法沉積技術(shù)制備即可。
[0014]根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述的石英玻璃襯底厚度為0.5mm-2mm ;特別優(yōu)選石英玻璃襯底厚度為2mm。
[0015]本發(fā)明所述的鈣鈦礦光學(xué)脈沖調(diào)制器件，可加工成任意形狀，優(yōu)選的形狀是矩形或圓形。器件尺寸可根據(jù)需要選擇。優(yōu)選的鈣鈦礦薄膜厚度為400-500nm。
[0016]本發(fā)明所述的鍍?cè)谑⒉Ａбr底背面的介質(zhì)膜可根據(jù)應(yīng)用時(shí)的要求，改變振蕩光的反射率，克服不鍍膜時(shí)反射率不可變等因素帶來的缺點(diǎn)，有利于脈沖激光器的設(shè)計(jì)。優(yōu)選的，在石英玻璃襯底背面鍍以對(duì)1.05-1.1 μπι高透的介質(zhì)膜。
[0017]一種低成本鈣鈦礦光學(xué)脈沖調(diào)制器件的制備方法，包括:
[0018]-以石英玻璃片作為襯底，用半氣相沉積法或液相沉積法使？1^12與CH3NH3I反應(yīng)生成CH3NH3PbI3沉積在石英玻璃襯底上制成鈣鈦礦薄膜，
[0019]-任選的，在襯底另一表面鍍以對(duì)1.05-1.1 μπι高透的介質(zhì)膜或不鍍膜，
[0020]形成鈣鈦礦光學(xué)脈沖調(diào)制器件。
[0021]所述鈣鈦礦薄膜厚度為300-600nm，特別優(yōu)選厚度為400_500nm ;所述的石英玻璃襯底厚度為0.5mm-2mm ;特別優(yōu)選襯底厚度為2mm。
[0022]優(yōu)選的，用半氣相沉積法在石英玻璃襯底上制備鈣鈦礦薄膜，步驟如下:
[0023](I)對(duì)石英玻璃片進(jìn)行超聲清洗后自然干燥；
[0024](2)采用旋涂法將PbI2的無水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；
[0025](3)將CH3NH3I粉末均勻鋪敷在載有PbI2薄膜的石英片周圍，蓋上培養(yǎng)皿，并加熱到 150°C保持 30-35 分鐘，得到 CH3NH3PbI3薄膜；CH 3NH3I 與 PbI2摩爾比 1-1.2:1 ；
[0026](4)冷卻后，將CH3NH3PbI3薄膜用異丙醇沖洗，干燥。
[0027]優(yōu)選的，用液相沉積法在石英玻璃襯底上制備鈣鈦礦薄膜，步驟如下:
[0028](I)對(duì)石英玻璃片進(jìn)行超聲清洗后自然干燥；
[0029](2)采用旋涂法將的PbI2的無水N，N- 二甲基甲酰胺溶液涂在石英玻璃片上，形成Pb 12薄膜；
[0030](3)干燥后，將載有PbI2薄膜的石英玻璃片浸沒在CH 3NH3I的異丙醇溶液中5_8分鐘，得到CH3NH3PbI3薄膜；所述PbI 2與CH3NH3I的摩爾比1:1_1.2 ；
[0031](4)將CH3NH3PbI3薄膜材料用異丙醇沖洗，干燥后即可得到本實(shí)施例所述的光學(xué)脈沖調(diào)制器件。
[0032]以上至步驟中未詳加限定的均可按現(xiàn)有的半氣相法或液相法沉積技術(shù)制備即可。
[0033]根據(jù)本發(fā)明，所述鈣鈦礦光學(xué)脈沖調(diào)制器件的應(yīng)用，作為脈沖調(diào)Q器件或鎖模器件用于激光器中。
[0034]在激光器運(yùn)用中，采用端面或者側(cè)面泵浦的方式，將泵浦光輸入到激光增益介質(zhì)中，所述泵浦光經(jīng)過激光增益介質(zhì)后再通過本發(fā)明的鈣鈦礦脈沖調(diào)制器件，置于激光增益介質(zhì)前面的前腔鏡與置于鈣鈦礦脈沖調(diào)制器件后面的輸出鏡形成諧振腔。所述的前后腔鏡均鍍有利于激光振蕩的介質(zhì)膜。
[0035]所述的激光增益介質(zhì)可以選擇半導(dǎo)體、激光晶體、激光陶瓷或者激光玻璃等所有能產(chǎn)生激光增益的介質(zhì)，加工成圓柱形或者長方體，其端面鍍以有利于泵浦光的吸收和激光振蕩的介質(zhì)膜，也可以只是精拋光不鍍膜。優(yōu)選的，所述的激光增益介質(zhì)是Nd:YAG或Nd:YVO4晶體，Nd3+離子濃度為 0.01-0.5at.%。
[0036]所述的泵浦源為半導(dǎo)體激光二極管(LD)或氙燈等能提供泵浦能量的光源。
[0037]所述的前腔鏡的輸入鏡的介質(zhì)膜可以直接鍍于激光增益介質(zhì)距離鈣鈦礦較遠(yuǎn)的面上，另一個(gè)面可以鍍以有利于激光振蕩和泵浦光吸收的介質(zhì)膜，也可以不鍍膜。后腔鏡的輸出鏡的介質(zhì)膜可以直接鍍于激光增益介質(zhì)距離鈣鈦礦較遠(yuǎn)的面上，另一個(gè)面可以鍍以有利于激光振蕩的介質(zhì)膜，也可以不鍍膜。
[0038]所述的前腔鏡選用一個(gè)半徑為10-100_的平透鏡，鏡面鍍以對(duì)1.05-1.1 μπι高反射的介質(zhì)膜，前腔鏡與調(diào)制元件之間的距離為0.05-8cm，優(yōu)選為5-8cm。
[0039]所述的后腔鏡選用一個(gè)半徑為1-1OOmm的平凹鏡，凹面鍍以對(duì)1.05-1.1 μπι部分透過的介質(zhì)膜，優(yōu)選透過3-10% ;后腔鏡與調(diào)制元件之間的距離為0.05-8cm，優(yōu)選為
0.05-lcm。進(jìn)一步優(yōu)選，前腔鏡與后腔鏡的距離為3-10cm。
[0040]一種脈沖激光器，包括本發(fā)明上述的鈣鈦礦脈沖調(diào)制器件，沉積有鈣鈦礦薄膜的一面朝向激光腔內(nèi)，另一面朝向激光腔外，實(shí)現(xiàn)對(duì)1.05-1.1 ym紅外波段的激光進(jìn)行調(diào)制。
[0041]本發(fā)明提供的鈣鈦礦光學(xué)脈沖調(diào)制器件可用于對(duì)產(chǎn)生紅外波段的激光進(jìn)行損耗的調(diào)節(jié)，包括了半導(dǎo)體、激光晶體、激光陶瓷以及激光玻璃產(chǎn)生的激光。可實(shí)現(xiàn)對(duì)LD或氙燈泵浦激光的調(diào)制。本發(fā)明充分利用了有機(jī)無機(jī)鈣鈦礦薄膜的可飽和吸收性能制作的光學(xué)脈沖調(diào)制器件，采用廉價(jià)的鉛、鹵素及胺鹽作原料，襯底采用石英玻璃做原料，這些原料在地球上儲(chǔ)量十分豐富，成本低廉，購買容易。在石英玻璃襯底上制備鈣鈦礦薄膜工藝操作簡單。本發(fā)明的鈣鈦礦光學(xué)脈沖調(diào)制器件形狀及尺寸取決于襯底的尺寸和形狀，可以根據(jù)不同需求，加工成不同形狀及尺寸進(jìn)行應(yīng)用，便于大規(guī)模生產(chǎn)。
【附圖說明】
[0042]圖1為本發(fā)明的鈣鈦礦光學(xué)脈沖調(diào)制器件的實(shí)物圖。
[0043]圖2為本發(fā)明的鈣鈦礦光學(xué)脈沖調(diào)制器件的結(jié)構(gòu)示意圖。其中，1.鈣鈦礦薄膜，
2.石英玻璃襯底，15.介質(zhì)膜層。
[0044]圖3為LD端面泵浦、以本發(fā)明的鈣鈦礦光學(xué)脈沖調(diào)制器件作為調(diào)Q元件的激光器件結(jié)構(gòu)示意圖，其中，3.泵浦源，4.光纖耦合系統(tǒng)，5.聚焦系統(tǒng)，6.前腔鏡，7.后腔鏡，8.激光增益介質(zhì)，9.鈣鈦礦脈沖調(diào)制器件。