基于低维纳米饱和吸收体的2μm调Q激光研究

发布时间：2020-09-04 19:34

　　通过调Q技术产生的2 μm波段纳秒激光在医疗、工业、通信、军事等领域有着重要的应用。调Q技术主要有两种,分别是利用声光(电光)器件的声光(电光)效应实现的主动调Q,以及利用Cr:YAG、GaAs、石墨烯等光可饱和吸收体实现的被动调Q。声光(电光)器件结构繁冗、成本高昂,相比之下,饱和吸收体具有,结构简单、成本低廉、结构紧凑等优势,更符合当前脉冲激光器向小型化、集成化、低能耗的发展需要。特别是近些年,人们发现石墨烯、碳纳米管、金属量子点等低维材料,虽然尺寸仅在纳米到微米量级,但能表现出优秀的可饱和吸收性能。因此新型纳米饱和吸收体成为激光领域的研究热点之一。基于此,本文探索了两种新型纳米材料,二维MoS2-黑磷复合纳米材料以及零维液态金属GaInSn纳米球的制备方法、微观形貌、内部结构、非线性光吸收等性能,并应用在2 μm波段Tm:YAP激光上成功实现了高效的被动调Q脉冲运转。具体内容如下:1、绪论部分简单回顾了2 μm 激光技术的研究和发展历程,以及其在各个领域的应用,介绍了 LD泵浦的Tm:YAP激光器的能级结构和优势。分别介绍了主动调Q与被动调Q的原理与方法,以及各种常用被动调Q器件的优缺点,调研了前人在主动和被动调Q方面的代表性工作。详细介绍了 MoS2、黑磷以及表面等离子体纳米材料这三种低维纳米材料的光学性质,以及它们在2 μm被动调Q的研究进展。2、从动力学和非线性光学的角度描述了可饱和吸收的机理。在二能级系统下推导了可饱和吸收系数随光强变化的公式,并从基本非线性光学原理出发推导了三阶非线性吸收系数表达式。然后,从腔损耗和增益的角度,分析了被动调Q的过程,以及可饱和吸收体在其中起到的作用。3、实现了基于MoS2-BP复合饱和吸收体材料的2 μm调Q激光。主要包括三个部分,首先是介绍了二维材料样品制备的常用方法以及它们的优缺点,并介绍了我们利用液相剥离法制备MoS2和BP的步骤;其次,介绍了二维材料表征的常用方法,以及我们样品表征的结果,包括对样品微观形貌、拉曼光谱、线性和非线性吸收性质的表征;最后,在全固态Tm:YAP激光器中对比研究了 MoS2、BP和MoS2-BP复合材料的被动调Q的性能,并对实验结果进行了讨论。4、实现了基于液态金属GaInSn饱和吸收体的2 μm调Q激光。主要分为三个部分,首先是样品的制备,介绍了金属纳米材料的常用制备方法,以及我们采用超声法制备GaInSn纳米球的步骤;样品表征部分,重点介绍了样品的光学性质的表征,包括不同超声时间的样品线性吸收光谱的变化,以及非线性吸收特性;进而介绍了利用这种材料在2 μm实现被动调Q的结果,以及与1.3 μ被动调Q实验结果的对比和讨论。
【学位单位】：南京大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TN24

【参考文献】