几种二维纳米材料的被动调Q激光性能研究

发布时间：2018-03-06 22:10

  本文选题：二维纳米材料　切入点：被动调Q　出处：《山东大学》2017年硕士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：近十年来,以石墨烯为代表的二维纳米材料成为科研人员关注的焦点。二维纳米材料与体块材料在光学、电学、磁学等方面具有不同特性。在光学方面,吸收波长宽、响应时间短、光学损耗低等特点使二维纳米材料表现出优良的可饱和吸收性能,在激光调制领域具有广阔应用前景。通过掺杂方式来改变二维纳米材料的结构和性质。目前,多数研究将重点放于掺杂材料的制备及表征,对于掺杂材料的可饱和吸收特性涉及较少。本论文第二章、第三章分别选取掺氮石墨烯(氮原子掺入石墨烯晶格中),掺碳氮化硼(碳原子掺入氮化硼晶格中)为研究对象,实现了 1064 nm被动调Q激光的稳定输出。实验证实,掺杂对二维纳米材料的可饱和吸收性质可以起到优化作用。第四章的研究对象是二硫化钨(WS2)及二硫化钼(MoS2),分别应用于Nd:GdVO4全固态激光器中,结果表明二维纳米材料的厚度对于被动调Q效果有显著影响。主要研究内容及结果如下:(1)研究了掺氮石墨烯的结构。借助拉曼光谱图以及X射线光电子能谱图证实氮原子已进入石墨烯晶格内,并且材料结构保持完整。将掺氮石墨烯作为激光调制元件应用于全固态激光器。(2)研究了掺氮石墨烯的被动调Q激光输出特性,实现了 61 mW,284 kHz,103 ns,0.21μJ,2.08 W的被动调Q脉冲。以纯石墨烯为参考对象,获得了 56 mW,510 kHz,105 ns,0.11 μJ,1.05 W的实验结果。在同等实验条件下,掺氮石墨烯作为调Q元件时输出脉冲序列更加整齐、宽度更窄、调制效果更好,证明掺氮石墨烯的可饱和吸收性能优于纯石墨烯。(3)研究了硼碳氮的结构。用原子力显微镜、扫描电子显微镜观察了硼碳氮的形貌特点;根据X射线衍射、拉曼光谱以及X射线光电子能谱的测试结果,得出碳原子已经嵌入六方氮化硼纳米片晶格的结论。(4)研究了硼碳氮纳米材料的非线性吸收特性。硼碳氮纳米片在低入射功率密度下,表现出可饱和吸收特性;在高入射功率密度下,显示出反饱和吸收特征。不同碳含量的硼碳氮纳米片表现出不同的非线性光学吸收特性,因此可以通过调节掺杂碳原子浓度来改变纳米片的非线性吸收系数。(5)研究了硼碳氮纳米片的被动调Q输出特性。以六方氮化硼纳米结构为参考,将两者插入1064nm连续激光腔内,得到硼碳氮及六方氮化硼纳米材料的被动调Q实验结果:最大输出功率分别为24 mW,18 mW;重复频率分别为537 kHz,730 kHz;最窄脉宽分别为121.8 ns,136 ns;最大脉冲能量分别为0.045μJ,0.025μJ;峰值功率分别为0.367 W,0.184 W。以上数据表明硼碳氮的可饱和吸收性质优于六方氮化硼材料。(6)研究了 WS2、MoS2的被动调Q输出特性。按照原子力显微镜的尺寸测量结果,将不同尺寸的材料编号,分别对Nd:GdVO4全固态连续激光进行调制。厚度为6 nm的二硫化钨表现出最优被动调Q效果:在泵浦功率615 mW时,获得106 mW的最大输出功率,对应的重复频率为973 kHz,脉冲宽度26 ns,单脉冲能量0.11μJ,峰值功率4.19 W。厚度为9 nm的MoS2被动调Q效果次之。上述实验表明:二维材料的厚度是影响被动调Q效果的因素之一。
[Abstract]:......
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TB383.1

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本文编号：1576697