基于新型纳米粒子的被动调Q激光器研究

发布时间：2020-08-25 01:25

【摘要】：被动调Q激光器光转化效率高、光束质量好、成本低,在光学领域一直是人们研究的热点。可饱和吸收体作为实现激光器被动调Q的开关,其性能直接影响激光器输出光束的质量。以半导体可饱和吸收镜为代表的传统可饱和吸收体制备和应用技术已经成熟,但制备复杂、成本高、带宽窄等因素限制了它们的进一步发展。二十世纪初,人们发现石墨烯具有优良的光学性能,掀起了关于石墨烯的研究热潮。石墨烯具有制备过程简单、损伤阈值高、吸收谱线宽、恢复时间短等优点,成为制备饱和吸收体的理想材料。受石墨烯的影响,人们开始将目光投向二维材料领域,并对基于新型二维材料的被动调Q激光器进行研究。在本文中,我们主要对基于金纳米三角片、金纳米笼复合二氧化硅及硫化铼的被动调Q激光器进行研究。主要工作如下:1.研究基于金纳米三角片的被动调QNd:YAG陶瓷固体激光器。利用金纳米三角片作为饱和吸收体,实现了 1064nm及1123 nm脉冲输出。在输出波长为1064 nm的激光器中,当泵浦功率为4.1 W时,得到平均输出功率为226mW,脉冲宽度为179 ns,重复频率为320 kHz,峰值功率为3.95 W的脉冲;在输出波长为1123 nm的激光器中,当泵浦功率为7.01 W时,得到平均输出功率为172 mW,脉冲宽度为231ns,重复频率为457 kHz的脉冲。2.优化饱和吸收体的制备方法,将金纳米三角片做成聚乙烯醇薄膜形式,应用在Nd:GdVO4激光器中实现脉冲输出。在输出镜透过率为4%的激光器中,当泵浦功率为2.42 W时,得到平均输出功率为136.7 mW,脉宽为237.5 ns的脉冲;在输出镜透过率为10.8%的激光器中,当泵浦功率为3.30 W时,得到平均输出功率为191.5 mW、脉冲宽度为268.6 ns的脉冲。3.研究基于金纳米笼复合二氧化硅的被动调QNd:YVO4激光器。利用金纳米笼复合二氧化硅作为饱和吸收体实现中心波长为1064.3 nm的脉冲输出。在输出镜透过率为4%的激光器中,当泵浦功率为2.11 W时,得到最大的平均输出功率为140.6 mW,最短脉宽为154.2 ns,重复频率为280 kHz的脉冲;在输出镜透过率为10.8%的激光器中,当泵浦功率为2.42 W时,得到最大平均输出功率为150.2mW、最短脉冲宽度为222.0ns、重复率为279.1 kHz的脉冲。证明了金纳米笼复合二氧化硅具有可饱和吸收性。4.研究基于金纳米笼复合二氧化硅的被动调Q掺镱光纤激光器。将金纳米笼复合二氧化硅可饱和吸收体接入光纤激光器中,得到中心波长为1060.5 nm的稳定脉冲输出。当泵浦功率为152 mW时,输出脉冲的平均输出功率为11.3 mW,脉冲宽度为1.27μm和脉冲重复率为119.4 kHz。5.研究基于硫化铼的被动调Q Nd:YAG激光器。当泵浦功率为2.8 W时,获得中心波长为1063.2 nm,平均输出功率为209.2 mW,脉冲宽度312.3 ns,脉冲重复率为243.4 kHz的脉冲。证明了硫化铼在1 μm处具有可饱和吸收性。
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TN248.34
【图文】：

示意图,声光,激光腔,示意图

声光调Ｑ是基于声光器件衍射效应的调制技术，当在介质上加超声波时，会逡逑使介质产生周期性的弹性形变，介质折射率也会形成周期性分布。当光通过超声波逡逑作用的介质时，会发生衍射而改变偏振态。下图１－２展示了简易的声光调Ｑ示意逡逑图，调Ｑ开关由声光晶体及超声波发生器组成。逡逑－１逦ＦｉｉｉｉＨ邋「逡逑辅邋逦声厂逦＾逡逑会X椧娼橹叔危殄危义希掊邋五邋呜啊危疱义希撸咤巍竼￥发生ｇＴ！逦丨—逡逑图１－２．声光调Ｑ激光腔示意图．逡逑电光调Ｑ和声光调Ｑ可以通过人为控制改变Ｑ开关的时间，称为主动调Ｑ，逡逑而染料调Ｑ则是利用材料的可饱和吸收性，对光的吸收系数会随光功率密度的变逡逑化发生改变，进而改变腔内损耗实现调Ｑ运转。Ｑ开关的时间是由材料本身性质逡逑决定的，称为被动调Ｑ，我们称这种材料为可饱和吸收体。染料被动调Ｑ激光腔逡逑如图１－３所示，与主动调Ｑ相比，被动调Ｑ不需要外加电光、声光等调制器，具有逡逑结构简单、成本低，紧凑灵活的优势１１７＿１９】。逡逑饱逡逑输逦和逦输逡逑培益介质逦？eW逦出逡逑＾逦收镜逡逑材逡逑—｜逦‘料逦＿逡逑图１－３．被动调Ｑ激光腔示意图．逡逑４逡逑

示意图,激光腔,示意图,声光

透射电子显微镜,二氧化硅,过渡金属硫化物,间接带隙

ＸＰＣ邋ＭＰＴ逡逑ＭＭ邋ＭＭ邋Ｍ逡逑图１－６．硫化铼架构图，黑色代表铼原子，灰色代表硫原子．逡逑硫化铼是一种六方晶结构的黑色粉末状固体，结构侧视图如图１－６所示。通常逡逑情况下，过渡金属硫化物单层时为直接带隙，多层时则为间接带隙，光致发光光谱逡逑

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