[发明专利]三维狄拉克半金属材料红外可饱和吸收器件

权利要求书

1.一种三维狄拉克半金属材料红外可饱和吸收器件，其特征在于：使用零带隙、具有线性能量色散关系的三维狄拉克半金属材料作为红外可饱和吸收层(3)，所述红外可饱和吸收层(3)的工作波长覆盖红外区域，并且弛豫时间、饱和光强、调制深度、非线性损耗参数具有高度可调控性；所述三维狄拉克半金属材料红外可饱和吸收器件包括所述红外可饱和吸收层(3)和承载所述红外可饱和吸收层(3)所需的光学元件。

2.根据权利要求1所述的三维狄拉克半金属材料红外可饱和吸收器件，其特征在于：所述三维狄拉克半金属材料红外可饱和吸收器件具有反射型和透射型两种模式；反射型三维狄拉克半金属材料红外可饱和吸收器件由从上至下的功能层(1)、光学衬底(2)、红外可饱和吸收层(3)和反射层(4)构成；透射型三维狄拉克半金属材料红外可饱和吸收器件由功能层(1)、光学衬底(2)和红外可饱和吸收层(3)组成；其中，所述功能层(1)包含光学镀膜和钝化层；其中，光学镀膜是单层镀膜或多层镀膜，镀膜材料选自锗、砷化镓、硒化锌、硫化锌ZnS、氟化镁、二氧化钛、氧化锆材料中的一种或几种，并且通过控制镀膜的厚度和材料组合使所述光学镀膜在工作波长具有不同的反射率，从而调控三维狄拉克半金属材料红外可饱和吸收器件的可饱和光强；所述光学镀膜的厚度是0.001微米-100微米。

3.根据权利要求2所述的三维狄拉克半金属材料红外可饱和吸收器件，其特征在于：所述功能层(1)通过激光脉冲沉积、磁控溅射和热蒸发方法制备；所述钝化层选自二氧化硅和氧化铝中的一种，所述钝化层厚度是0.01微米-100微米。

4.根据权利要求2所述的三维狄拉克半金属材料红外可饱和吸收器件，其特征在于：所述光学衬底(2)要求在红外光谱范围内高度透明，光学衬底(2)选自二氧化硅、砷化镓、氧化铝、氟化钙和云母中的一种，光学衬底厚度是0.1毫米-10毫米。

5.根据权利要求2所述的三维狄拉克半金属材料红外可饱和吸收器件，其特征在于：所述反射层(4)为宽带的金属镜面、特定波长范围的全反射布拉格光栅镜或高反射率的光学膜层，其中，金属镜面为金镜、银镜或铝镜。

6.根据权利要求2所述的三维狄拉克半金属材料红外可饱和吸收器件，其特征在于：所述红外可饱和吸收层(3)是三维狄拉克半金属材料，选自砷化镉、铋化钠、铋化钾和铋化铷中的一种，红外可饱和吸收层(3)厚度是1纳米-1000纳米。

7.一种根据权利要求2-6之一所述三维狄拉克半金属材料红外可饱和吸收器件的制备方法，其特征在于：

使用激光脉冲沉积、磁控溅射和热蒸发方法将功能层(1)直接镀膜在红外光谱范围内高度透明的光学衬底(2)的一侧；

在光学衬底(2)的另一侧使用分子束外延技术生长高结晶质量的三维狄拉克半金属薄膜；

使用激光脉冲沉积、磁控溅射或热蒸发技术在所述三维狄拉克半金属薄膜的表面镀上反射层(4)；

其中，使用高能电子反射原位监控所述功能层(1)、三维狄拉克半金属薄膜和反射层(4)的生长速率，并将生长速率控制在1nm/分钟。

8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征是使用分子束外延生长所述三维狄拉克半金属材料的过程中，对所述三维狄拉克半金属材料进行元素掺杂，通过控制元素掺杂浓度，调控三维狄拉克半金属材料红外可饱和吸收器件的弛豫时间，掺杂元素选自Cr、In、Na和K中的一种。

9.根据权利要求7所述的制备方法，其特征是通过精确控制所述三维狄拉克半金属材料的生长时间、速率和温度条件来设计并调整三维狄拉克半金属材料红外可饱和吸收器件的非线性光学参数，从而制备不同调制深度、非线性损耗的三维狄拉克半金属材料红外可饱和吸收器件。

10.权利要求1-6之一所述的三维狄拉克半金属材料红外可饱和吸收器件在半导体脉冲激光器、固体脉冲激光器或光纤脉冲激光器中的应用。