基于过渡金属硫化物的近红外波段脉冲激光特性研究

发布时间：2020-03-18 22:23

【摘要】：近红外波段1 νm和1.3 μm激光在医学、工业、通信、检测分析等领域具有广泛应用。以掺杂Nd3+的晶体为激光介质并由半导体激光二极管泵浦的全固态固体脉冲激光器是产生1 μm和1.3 μm激光的一种有效手段。调Q技术能够压缩激光脉宽,是获得窄脉宽和高峰值功率脉冲激光的常用手段。最近,各种新型纳米材料作为饱和吸收体在调Q技术上的应用被频繁报道,成为激光研究领域的一个热点。本文通过自己制备的过渡金属硫化物(Transition Metal Dichalcogenide,TMD)纳米材料作为可饱和吸收体,以Nd:LuAG晶体为激活介质,实现了 LD泵浦的全固态1μm 和1.3μm波段调Q脉冲激光输出并分别研究了其输出特性。主要内容总结如下:1、采用液相剥离法制备了四种过渡金属硫化物MoS2、WS2、MoSe2、WSe2的纳米饱和吸收片,通过扫描电子显微镜(scanning electron microscopy,SEM)和原子力显微镜(atomic force microscopy,AFM)对其表面形貌结构进行表征,并测量了其1 μm和1.3 μm处的饱和吸收特性;创新性地在一个基底石英片的两面分别制备纳米结构材料,获得了不同组合的双面饱和吸收纳米片。2、以制备的TMD纳米片为调制元件,分别实现了 LD泵浦的1 μm和1.3 μm波段调Q激光运转,并研究了脉冲激光平均输出功率、脉冲重复频率、脉冲宽度、单脉冲能量及脉冲峰值功率随泵浦功率的变化关系。3、对比分析了单面TMD纳米片和双面TMD纳米片的调Q性能,发现双面饱和吸收纳米片能够产生更窄的脉冲宽度,同时脉冲重复频率也会下降。
【图文】：

能级图,能级结构,四能级系统

在用于产生１．０６邋ｐｍ和１．３邋ｐｍ激光的激活离子掺杂固体激光器中，使用最早、逡逑应用最广的就是稀土元素Ｎｄ。Ｎｄ３＋的外层电子排列为４／５／５ｐ６，对应１．０６邋和逡逑１．３逦）ａｍ激光的跃迁能级为４Ｆ３／２＿４Ｉｌｌ／２和４Ｆ３／２－４Ｉｌ３／２，能级图如下图１．１所不。这是一逡逑个四能级系统，目前为止从Ｎｄ掺杂激光器获得的输出功率比其他任何四能级系统逡逑都要高。逡逑一邋？一邋？邋一逦逦知逡逑－丨－，「’逡逑Ｉ邋§逡逑ＶＯ逡逑Ｐ逡逑４ｌ１５：２逡逑ｐｕｍｐ逡逑４ｌ１３／２逦逦逡逑，工１１／２逡逑逦逦％！２逡逑图１．１邋Ｎｄ３＋的能级结构逡逑Ｆｉｇ．邋１．１邋Ｅｎｅｒｇｙ邋ｌｅｖｅｌｓ邋ｏｆ邋Ｎｄ”逡逑５逡逑

发射谱,吸收谱,晶体性能,寿命

Ｎｄ：ＹＶ0４、Ｎｄ：ＧＧＧ邋的上g巨级寿命分另！ｊ为邋２３０｝ｘｓ、９８ｊａｓ、２４０邋ｐｓ，都比邋Ｎｄ：ＬｕＡＧ逡逑的上能级寿命小［４２－４４］；最后，Ｎｄ：ＬｕＡＧ在８０９邋ｎｍ处的吸收带宽为５ｎｍ，正好逡逑适合用ＡｌＧａＡｓ半导体激光器来进行泵浦，其吸收谱和发射谱如图１．２和图１．３所逡逑本。基于上述Ｎｄ：ＬｕＡＧ晶体性能，结合低维纳米结构饱和吸收材料，，有望获得结逡逑构简单、高能量和高效率的全固态近红外脉冲激光器。逡逑２0－ｎ逦逡逑Ｉ逡逑■邋＼逡逑Ｔ逦＼逡逑0邋１－５邋■邋＼逡逑兰邋＼逡逑■邋＼逡逑Ｓ逦＇Ｉ逡逑0邋１．０邋■邋＼ｈ逡逑0逡逑0邋■邋＼逡逑吞逦＼逦｜逡逑§邋０．５邋■逦Ｊ邋Ｉ邋ｌ逦Ｉ，邋ｊ！逦Ｉ逡逑＜邋｜逡逑？逦１邋Ｉ；邋ｍ邋＼逦Ｉ逡逑ｎ邋Ｊ逦Ｖ逦．逡逑ｕ逦＊逦ｉ逦＊逦ｉ逦＊逦＾逦＞逦ｉ逦■＂逡逑４００逦６００逦８００逦１邋０００逡逑Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ，邋ｎｍ逡逑图１．２Ｎｄ：ＬｕＡＧ晶体的吸收谱［４２］逡逑Ｆｉｇ．邋１．２邋Ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ邋ｓｐｅｃｔｒｕｍ邋ｏｆＮｄ：ＬｕＡＧ邋ｃｒｙｓｔａｌ逡逑６逡逑
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN24;TB383.1

【参考文献】