[发明专利]一种基于光学玻璃的非线性光学反射镜及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种基于光学玻璃的非线性光学反射镜及其制备方法和应用，主要包括在光学玻璃中形成金属纳米颗粒阵列，并在注入面镀反射膜，实现激光脉冲的调制。采用能量为50～300千电子伏特，剂量为5‑20×10¹⁶ions/cm²的银离子，通过离子注入技术在光学玻璃中形成纳米颗粒阵列；在注入面镀高反膜，使其透过基底测量具有高反射率，即得非线性光学反射镜。将反射镜应用于激光谐振腔中，成功实现对激光得脉冲调制，产生近红外波段锁模激光的输出。本发明利用银离子注入并镀相应反射膜的光学玻璃作为非线性光学反射镜，应用于任意反射式激光谐振腔，具有激光系统的普适性。

技术领域

本发明涉及基于光学玻璃的非线性光学反射镜、制备方法及应用于激光脉冲调制，属于光电子器件制备的技术领域。

背景技术

光学玻璃，如K9玻璃、BK7玻璃、石英玻璃等，是一种常见的通过折射反射透过方式传递光线的无机玻璃态材料。由于其高度光学均匀性、成本低和易加工的特点，常被用于制造光学仪器中的透镜、棱镜、反射镜等元器件。通常情况下，光学玻璃非线性吸收系数极小，非线性折射率几乎可以忽略，这既赋予了其独特的光学稳定性，又限制了其光学功能性，常常需要配合其他功能性材料或器件，来实现特定的效果，满足光电子器件的需求。

目前，激光脉冲调制，如调Q技术、锁模技术等，是制备高质量光电子器件的关键技术之一。现有的报道大都使用半导体可饱和吸收镜(SESAM)或者二维材料作为可饱和吸收体，插入谐振腔内或者附着于基于光学玻璃的腔镜上，不仅结构复杂，不利于集成化器件的发展，而且损耗也较高，稳定性低，激光性能也有待提高。

贵金属纳米颗粒，作为新兴的零维材料，在改性介电材料光学性质方面吸引了广泛的兴趣。其表面等离子共振响应可以有效调制介电材料的非线性光学特性。通过选择高折射率的介电材料，可以成功调制表面等离子共振响应波段，实现在不同波段的非线性光学调制。此外，本发明的发明人前期专利文件CN108346970A公开了基于铌酸锂晶片的可饱和吸收镜、制备方法及应用于1微米脉冲激光器，主要包括在LiNbO₃晶体中形成金属纳米粒子和实现1微米激光的产生。其仍然需要将额外的可饱和吸收镜，插入由第一光学透镜和半反射镜组成的谐振腔中。

到目前为止，由于光学玻璃具有较低的折射率，通过贵金属纳米粒子对光学玻璃的非线性特性进行有效的调控，还未成功在近红外波段实现。结合对其线性光学特性的表面改性的镀膜技术，并作为反射镜应用于波段脉冲激光制备，也还没有相关的报道。为此，提出本发明。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供基于光学玻璃的非线性光学反射镜、制备方法及应用于激光脉冲调制。

本发明的技术方案如下：

基于光学玻璃的非线性光学反射镜，包括光学玻璃基底，所述的光学玻璃表面注入银离子形成银纳米颗粒阵列，并在注入面镀有高反膜。

根据本发明，优选的，所述的银纳米颗粒阵列为周期性银纳米阵列。

根据本发明，优选的，所述的银纳米颗粒阵列的分布深度范围为1-200nm，半径尺寸大小范围为5-30nm，颗粒间距小于5nm。

根据本发明，优选的，所述的高反膜在基底一侧测量得到的反射率≥95％。

根据本发明，优选的，所述的光学玻璃为BK7或K9玻璃。

根据本发明，优选的，所述的高反膜结构为MP(LH)^NLS结构，其中M为金属薄膜Cu，P为顶层介电材料层TiO₂，(LH)^NLS为截断全介质光子学晶体,L为SiO₂,H为TiO₂，N为周期性12，S为光学玻璃。

根据本发明，上述基于光学玻璃的非线性光学反射镜的制备方法，包括步骤如下：