基于新型二维材料的全固态脉冲激光特性研究

发布时间：2020-11-09 06:03

　　 脉冲激光因具有脉冲宽度窄、峰值功率高、光谱宽等优点,广泛应用于光通讯、生物医学、微加工、超快激光光谱和军事等领域。被动调Q和锁模技术操作简单、成本低廉,是目前获得短脉冲激光的主要手段。作为产生超短脉冲的重要调制元件,可饱和吸收体的发展一直备受关注。随着科技发展和社会进步,各领域对脉冲激光器的波长、脉宽等参数不断提出更高要求,探索新型可饱和吸收体成为当前脉冲激光领域中一个重要的研究方向。本论文采用Nd:GdYSiO、Nd:LuYAG、Nd:GGG和Tm,Ho:GdYTaO_4等晶体作为增益介质,研究了黑磷、碲化锑以及碲化锑-氧化石墨烯异质结等新型可饱和吸收体在全固态调Q及锁模激光器中的光学调制特性。主要内容有:1、利用黑磷作为可饱和吸收体实现了不同全固态掺Nd激光器的被动调Q和锁模运转。利用液相剥离法制备了黑磷可饱和吸收体;将其应用于全固态激光器中,实现了Nd:GdYSiO激光器被动调Q运转,激光脉冲宽度947 ns,输出功率451 mW;将其应用于全固态Nd:LuYAG激光器中,实现了被动调Q脉冲输出,脉冲宽度836ns,输出功率359 mW;将其应用于Nd:YVO_4激光器中实现了连续波锁模运转,锁模脉冲为5.7 ps,输出功率300 mW。研究证明了黑磷的光学调制能力以及在全固态脉冲激光器中的应用潜力。2、利用液相剥离法制备了碲化锑可饱和吸收体,并对其进行了表征;将碲化锑可饱和吸收体应用于Nd:LuYAG激光器中分别实现了被动调Q及调Q锁模运转。利用液相剥离法制备了碲化锑-氧化石墨烯异质结并将其应用在全固态Nd:GGG激光器中,实现了基于碲化锑-氧化石墨烯可饱和吸收体的调Q脉冲激光输出,最窄脉宽237ns,最高输出功率408 mW。研究证明碲化锑和碲化锑-氧化石墨烯异质结是一类实现短脉冲激光的优秀调制材料。3、研究了新型铥、钬共掺晶体Tm,Ho:GdYTaO_4的能级跃迁机理及连续波激光特性。利用石墨烯作为可饱和吸收体,研究了Tm,Ho:GdYTaO_4晶体的调Q激光特性,实现了1950和2068 nm双波长调Q脉冲输出,波长间隔达118 nm。研究证明该晶体在太赫兹、激光显示、医疗、差分吸收激光雷达、精细激光光谱、非线性频率变换等方面有一定的应用潜力。
【学位单位】：聊城大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TN24;TB302
【部分图文】：

聊城大学硕士学位论文吸收镜功解决了有机染料存在的安全性、稳定性问射镜相结合制备而成。其结构如图 1.1 所示和吸收体薄膜，在顶层可以生长一层高反射为反射镜。如图 1.2 所示，在 SESAM 工作衡弛豫时间和带间跃迁弛豫时间[18]。当一束会吸收入射光子能量跃迁至导带上，经过极跃迁占据不同能量状态，这一过程称为带内机制[19]。一段时间后随着热电子能量的损失程称为带间跃迁过程，弛豫时间在 ps 至 ns

与空气的界面作为反射镜。如图 1.2 所示，在 SESAM 工作过程中存在两时间，带内热平衡弛豫时间和带间跃迁弛豫时间[18]。当一束光入射到饱和，价带上的电子会吸收入射光子能量跃迁至导带上，经过极短的时间（约，热电子向子带跃迁占据不同能量状态，这一过程称为带内热平衡过程。实现锁模启动的机制[19]。一段时间后随着热电子能量的损失，电子将从导回价带，这个过程称为带间跃迁过程，弛豫时间在 ps 至 ns 量级。这一过锁模效果。图 1.1 SESAM 结构示意图

对光的可饱和吸收过程。(a）吸收阶段 (b)载流子热平衡 (研究内容于黑磷、碲化锑、碲化锑-氧化石墨烯异质结和石墨:GdYSiO、Nd:LuYAG、Nd:YVO4、Nd:GGG 和 Tm,H可饱和吸收特性及在全固态调 Q 及锁模激光器中的内容如下：作为可饱和吸收体在掺钕激光器中实现了调 Q 及锁模器被动调 Q 运转，获得脉冲宽度为 947 ns，相应的LuYAG 激光器被动调 Q 运转，获得最短脉冲宽度为 kHz。实现了 Nd:YVO4激光器连续锁模运转：当泵浦率为 300 mW，此时激光器输出最短脉冲宽度为 5.7z。
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本文编号：2876003