复合亚波长光栅结构、可饱和吸收器件及其制备方法与流程

本申请涉及半导体激光器，特别是涉及一种复合亚波长光栅结构、可饱和吸收器件及其制备方法。

背景技术：

1、随着纳米技术和光电子学的迅速发展，表面等离子体(surface plasmons,简称sps)和石墨烯等离子体(graphene plasmons,简称gps)成为了研究的热点。这些技术主要被应用于提高光电器件的性能，如传感器、光开关以及光学调制器等。表面等离子体能够在纳米尺度上局部强化电磁场，而石墨烯的二维结构和独特的电子特性使其在调制光与物质相互作用方面表现出极大的潜力。

2、尽管表面等离子体和石墨烯等离子体技术在理论和实验上取得了显著进展，但相关技术中，仍存在可调谐性有限、能耗与热稳定性差、制造复杂性高与成本昂贵、材料和制造兼容性问题。

3、本部分旨在为权利要求书中陈述的本发明实施例提供背景或上下文。不应以此处的描述包括在本部分中就承认是现有技术。

技术实现思路

1、本发明实施例提供的一种复合亚波长光栅结构、可饱和吸收器件及其制备方法，至少解决相关技术中可调谐性有限、能耗与热稳定性差、制造复杂性高与成本昂贵、材料和制造兼容性问题的问题。

2、根据本发明实施例的第一方面，提供一种复合亚波长光栅结构的制备方法，包括：

3、在基底上通过电子束蒸发法制备金属反射镜层；

4、通过磁控溅射技术在所述金属反射镜层上制备初始gsbt薄膜层；

5、基于激光直写扫描退火的方法在所述初始gsbt薄膜层上刻蚀出预设光栅图案，并使所述初始gsbt薄膜层从非晶态转换为晶态；

6、通过预设酸性溶液对所述预设光栅图案之外的所述初始gsbt薄膜层区域进行选择性刻蚀，以生成目标gsbt薄膜层；

7、通过湿法转移技术将石墨烯薄膜转移覆盖在所述目标gsbt薄膜层上，以基于所述目标gsbt薄膜层和所述石墨烯薄膜生成复合亚波长光栅结构的光栅层。

8、根据本发明实施例的第二方面，提供一种复合亚波长光栅结构，所述光栅结构包括由下至上依次连接的基底、金属反射镜层和光栅层，所述光栅层包括由下至上依次连接的gsbt薄膜层和石墨烯薄膜；其中，所述光栅层上设置有基于预设光栅图案生成的光栅。

9、根据本发明实施例的第三方面，提供一种激光器，包括：复合亚波长光栅结构，其中，所述复合亚波长光栅结构基于第一方面所述的方法制备得到。

10、根据本发明实施例的第四方面，提供一种基于第一方面所述的复合亚波长光栅结构的制备方法在半导体激光器领域的应用。

11、本发明实施例提供了一种复合亚波长光栅结构的制备方法，能够使得光栅结构在更宽的调谐范围内工作，具有更低能耗和更好热稳定性，且能够降低制造成本较低、提升兼容性。具体地，通过在基底上沉积金属反射镜层，能够提高光栅结构的反射性能和电磁场增强效果。金属反射镜层能够有效地反射入射光，增强光与结构之间的相互作用，提高整体光电器件的性能。通过磁控溅射技术在金属反射镜层上制备初始gsbt薄膜层，能够生成均匀且高质量的gsbt薄膜。gsbt薄膜具有优异的光电特性，为光栅的功能实现提供了基础。基于激光直写技术在初始gsbt薄膜层上刻蚀出预设光栅图案。激光直写技术具有高精度和高灵活性的特点，能够精确控制光栅的形状和尺寸，从而实现理想的光栅结构设计。对初始gsbt薄膜层进行退火处理，使初始gsbt薄膜层从非晶态转换为晶态，能够提高光栅层的晶体质量和稳定性，增强其光电性能。通过预设酸性溶液对光栅图案之外的初始gsbt薄膜层区域进行选择性刻蚀，生成目标gsbt薄膜层复合亚波长光栅结构。选择性刻蚀确保了光栅图案的精确形成，减少了材料浪费，提升了制造效率。最终通过湿法转移技术将石墨烯薄膜覆盖在gsbt薄膜层上，结合了石墨烯的独特电学和光学性能。石墨烯的引入不仅提高了结构的电导率，还增强了光与物质的相互作用，有助于提高光栅的整体性能。基于上述方法，不仅提高了光栅的性能，还克服了传统技术中的一些关键挑战，如能耗高、热稳定性差和制造复杂性高的问题，为光电器件的高效和低成本生产提供了可靠的解决方案。

12、本发明的一个或多个实施例的细节在以下附图和描述中提出，以使本发明的其他特征、目的和优点更加简明易懂。

技术特征：

1.一种复合亚波长光栅结构的制备方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述gsbt薄膜层包括由锗、锑、铋和碲按照2:1.5:0.5:5的摩尔比组成的化合物。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于激光直写扫描退火的方法在所述gsbt薄膜层上刻蚀出预设光栅图案时，采用的激光功率为10mw～35mw，作用时间为20ns～100ns。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预设酸性溶液包括由硝酸、过氧化氢和水按照1:1:7的摩尔比组成的溶液。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基底的材料为si、gaas、inp、gan

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预设光栅图案包括一维光栅图案或二维光栅图案。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述一维光栅图案包括条状光栅图案，所述二维光栅图案包括方格状光栅图案；

8.一种复合亚波长光栅结构，其特征在于，所述光栅结构包括由下至上依次连接的基底、金属反射镜层和光栅层，所述光栅层包括由下至上依次连接的gsbt薄膜层和石墨烯薄膜；其中，所述光栅层上设置有基于预设光栅图案生成的光栅。

9.一种可饱和吸收器件，包括：复合亚波长光栅结构，其中，所述复合亚波长光栅结构基于权利要求1～7中任一项所述的方法制备得到。

10.一种根据权利要求1～7任一项所述的复合亚波长光栅结构的制备方法在半导体激光器领域的应用。

技术总结本申请涉及一种复合亚波长光栅结构、可饱和吸收器件及其制备方法。该方法包括：在基底上通过电子束蒸发法制备金属反射镜层；通过磁控溅射技术在金属反射镜层上制备初始GSBT薄膜层；基于激光直写扫描退火的方法在初始GSBT薄膜层上刻蚀出预设光栅图案，并使初始GSBT薄膜层从非晶态转换为晶态；通过预设酸性溶液对预设光栅图案之外的初始GSBT薄膜层区域进行选择性刻蚀，以生成目标GSBT薄膜层；通过湿法转移技术将石墨烯薄膜转移覆盖在目标GSBT薄膜层上，以基于目标GSBT薄膜层和石墨烯薄膜生成复合亚波长光栅结构的光栅层。基于上述方法，不仅提高了光栅的性能，还克服了能耗高、热稳定性差和制造复杂性高等问题。技术研发人员：张子旸,陈红梅,蒋成受保护的技术使用者：青岛翼晨镭硕科技有限公司技术研发日：技术公布日：2024/11/4