基于石墨烯/二硫化钼可饱和吸收体的短脉冲激光器实验研究
发布时间：2021-09-02 07:48
新型二维半导体材料由于其本身优异的化学、物理和非线性光学特性,在探测器、光学器件以及半导体集成电路等领域上吸引了众多学者的高度关注。制备得到更优异的光学器件是激光器方向一直以来研究的重点话题。随着单层石墨烯材料的发现,其他“类石墨烯”新型二维材料（以二硫化钼为代表）也逐渐进入人们的视野中,许多光学研究人员已经实现了基于新型二维半导体材料的超快脉冲激光操作。本论文主要研究石墨烯、二硫化钼和石墨烯/二硫化钼异质结多种可饱和吸收体的制备、表征及其在全固态被动调Q激光器中的应用,具体内容如下:（1）通过锂离子-插层法制备获得高质量的二硫化钼纳米片溶液与无水乙醇进行混合,然后将混合溶液旋涂在通过等离子体增强-化学气相沉积法（PE-CVD）生长的石墨烯基底上,最后通过加热干燥获得了石墨烯/二硫化钼异质结可饱和吸收体,与此同时,通过等离子体增强-化学气相沉积法和液相剥离法分别制备得到石墨烯和二硫化钼可饱和吸收体。通过Raman、透过和SEM等表征技术对三种不同的可饱和吸收体进行表征分析,测得的调制深度分别为7.1%、7.8%和15.01%,表征结果表明异质结可饱和吸收体拥有更优异的光学特性。（2）研...
【文章来源】：南京信息工程大学江苏省
【文章页数】：62 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
（a）石墨烯结构示意图；
第一章绪论3（2）电子结构：从图1.2中可以看出，石墨烯作为零带隙结构的材料，它的价带和导带形成圆锥形结构相交于费米能级上一点，稳定的晶格结构使石墨烯表现出与众不同的光电学特性。图1.2石墨烯能带结构示意图（3）性质：光学方面，石墨烯作为掀开二维材料光学研究热潮的开端，其自身也具有突出的光学特性，单层石墨烯的透过率大约为97.7%，随着层数的增加，石墨烯对可见光的吸收程度也随之增加，同时透过率随之降低，已有研究人员证实可以根据石墨烯的可见光透过率或者吸收率来计算石墨烯的大致层数[13]。此外，在激光器领域中，当一定强度的泵浦激光照射到石墨烯上，石墨烯对光的吸收会表现出饱和吸收特性，因此石墨烯可以作为光学器件应用于激光器中。电学方面，石墨烯作为零带隙结构的材料，它的价带和导带相交于费米能级上一点，其特殊的晶格结构使石墨烯表现出优异的电学特性。相关研究组实验得出石墨烯会发生量子霍尔效应，它能够完成电子与空穴的分离，实现电传导现象[14]。所以石墨烯拥有极高的载流子迁移率，其迁移率能够高达1025cm2/（V.s）[15]，并且在室温环境中，其迁移率也高达105.14cm2/（V.s），被视为自然条件下导电性最好的材料。所以近些年来，石墨烯因其独特的高载流子迁移率、较大表面积、抗氧化性等特性而受到关注[16-22]。力学方面，石墨烯拥有突出的弹性和强度等力学特性，同时具有十分突出的机械性能，常被应用于制备基于石墨烯的异质结材料的实验，并且石墨烯是目前已知材料中强度和硬度最高的晶体结构。1.2.2二硫化钼（1）晶体结构：二硫化钼是二维半导体材料，1995年，R.Tenne团队以辉
南京信息工程大学硕士学位论文4钼矿石为基础原料，首次制备获得二硫化钼纳米颗粒和纳米管[23]。图1.3层状二硫化钼的三维结构示意图由上图1.3中可知，单层的二硫化钼由一层钼原子和两层硫原子构成，钼原子位于两层硫原子之间并形成了典型的“三明治”结构，对于多层的二硫化钼来说，层与层之间是通过微弱的范德华力连接的，所以可以通过简单的剥离方法得到少层或单层的二硫化钼薄膜，层内原子是通过共价键连接。如图1.4所示，二硫化钼常见的三种晶体结构有1T型、2H型和3R型，1T型二硫化钼是呈金属性，是八面体配位的，2H型二硫化钼是呈半导体性，属于三棱柱六配位，3R型二硫化钼也是三棱柱六配位，但是两者的差别在于2H型二硫化钼可以由2个S-Mo-S单位构成一个晶胞，而3R型二硫化钼要通过3个S-Mo-S单位构成一个晶胞。其中自然条件下的二硫化钼大多是以2H型晶体结构存在，三种晶体结构只有2H型是稳定态，其他两种结构都是亚稳态。图1.4二硫化钼的晶体结构示意图（2）电子结构：对于部分TMDCs材料，不同的层数形态具有不同的性质，所以能够表现出优异的光学特性。图1.5所示为二硫化钼的能带结构示意图，如图所示随着二硫化钼层数的增加，其直接带隙会转变为间接带隙，并且带宽会随
【参考文献】：
期刊论文
[1]Enhanced saturable absorption of MoS2 black phosphorus composite in 2 μm passively Q-switched Tm: YAP laser[J]. 薛杨,谢臻达,叶志霖,胡小鹏,徐金龙,张晗. Chinese Optics Letters. 2018(02)
[2]Q-switching of waveguide lasers based on graphene/WS2 van der Waals heterostructure[J]. ZIQI LI,CHEN CHENG,NINGNING DONG,CAROLINA ROMERO,QINGMING LU,JUN WANG,JAVIER RODRíGUEZ VáZQUEZ DE ALDANA,YANG TAN,FENG CHEN. Photonics Research. 2017(05)
[3]Passive Q-switching and Q-switched mode-locking operations of 2 μm Tm:CLNGG laser with MoS2 saturable absorber mirror[J]. L.C.Kong,G.Q.Xie,P.Yuan,L.J.Qian,S.X.Wang,H.H.Yu,H.J.Zhang. Photonics Research. 2015(02)
博士论文
[1]石墨烯的制备及在超级电容器中的应用[D]. 吴洪鹏.北京交通大学 2012
硕士论文
[1]类石墨烯二硫化钼的电化学性能研究[D]. 王晓璐.吉林大学 2016
本文编号：3378627
【文章来源】：南京信息工程大学江苏省
【文章页数】：62 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
（a）石墨烯结构示意图；
第一章绪论3（2）电子结构：从图1.2中可以看出，石墨烯作为零带隙结构的材料，它的价带和导带形成圆锥形结构相交于费米能级上一点，稳定的晶格结构使石墨烯表现出与众不同的光电学特性。图1.2石墨烯能带结构示意图（3）性质：光学方面，石墨烯作为掀开二维材料光学研究热潮的开端，其自身也具有突出的光学特性，单层石墨烯的透过率大约为97.7%，随着层数的增加，石墨烯对可见光的吸收程度也随之增加，同时透过率随之降低，已有研究人员证实可以根据石墨烯的可见光透过率或者吸收率来计算石墨烯的大致层数[13]。此外，在激光器领域中，当一定强度的泵浦激光照射到石墨烯上，石墨烯对光的吸收会表现出饱和吸收特性，因此石墨烯可以作为光学器件应用于激光器中。电学方面，石墨烯作为零带隙结构的材料，它的价带和导带相交于费米能级上一点，其特殊的晶格结构使石墨烯表现出优异的电学特性。相关研究组实验得出石墨烯会发生量子霍尔效应，它能够完成电子与空穴的分离，实现电传导现象[14]。所以石墨烯拥有极高的载流子迁移率，其迁移率能够高达1025cm2/（V.s）[15]，并且在室温环境中，其迁移率也高达105.14cm2/（V.s），被视为自然条件下导电性最好的材料。所以近些年来，石墨烯因其独特的高载流子迁移率、较大表面积、抗氧化性等特性而受到关注[16-22]。力学方面，石墨烯拥有突出的弹性和强度等力学特性，同时具有十分突出的机械性能，常被应用于制备基于石墨烯的异质结材料的实验，并且石墨烯是目前已知材料中强度和硬度最高的晶体结构。1.2.2二硫化钼（1）晶体结构：二硫化钼是二维半导体材料，1995年，R.Tenne团队以辉
南京信息工程大学硕士学位论文4钼矿石为基础原料，首次制备获得二硫化钼纳米颗粒和纳米管[23]。图1.3层状二硫化钼的三维结构示意图由上图1.3中可知，单层的二硫化钼由一层钼原子和两层硫原子构成，钼原子位于两层硫原子之间并形成了典型的“三明治”结构，对于多层的二硫化钼来说，层与层之间是通过微弱的范德华力连接的，所以可以通过简单的剥离方法得到少层或单层的二硫化钼薄膜，层内原子是通过共价键连接。如图1.4所示，二硫化钼常见的三种晶体结构有1T型、2H型和3R型，1T型二硫化钼是呈金属性，是八面体配位的，2H型二硫化钼是呈半导体性，属于三棱柱六配位，3R型二硫化钼也是三棱柱六配位，但是两者的差别在于2H型二硫化钼可以由2个S-Mo-S单位构成一个晶胞，而3R型二硫化钼要通过3个S-Mo-S单位构成一个晶胞。其中自然条件下的二硫化钼大多是以2H型晶体结构存在，三种晶体结构只有2H型是稳定态，其他两种结构都是亚稳态。图1.4二硫化钼的晶体结构示意图（2）电子结构：对于部分TMDCs材料，不同的层数形态具有不同的性质，所以能够表现出优异的光学特性。图1.5所示为二硫化钼的能带结构示意图，如图所示随着二硫化钼层数的增加，其直接带隙会转变为间接带隙，并且带宽会随
【参考文献】：
期刊论文
[1]Enhanced saturable absorption of MoS2 black phosphorus composite in 2 μm passively Q-switched Tm: YAP laser[J]. 薛杨,谢臻达,叶志霖,胡小鹏,徐金龙,张晗. Chinese Optics Letters. 2018(02)
[2]Q-switching of waveguide lasers based on graphene/WS2 van der Waals heterostructure[J]. ZIQI LI,CHEN CHENG,NINGNING DONG,CAROLINA ROMERO,QINGMING LU,JUN WANG,JAVIER RODRíGUEZ VáZQUEZ DE ALDANA,YANG TAN,FENG CHEN. Photonics Research. 2017(05)
[3]Passive Q-switching and Q-switched mode-locking operations of 2 μm Tm:CLNGG laser with MoS2 saturable absorber mirror[J]. L.C.Kong,G.Q.Xie,P.Yuan,L.J.Qian,S.X.Wang,H.H.Yu,H.J.Zhang. Photonics Research. 2015(02)
博士论文
[1]石墨烯的制备及在超级电容器中的应用[D]. 吴洪鹏.北京交通大学 2012
硕士论文
[1]类石墨烯二硫化钼的电化学性能研究[D]. 王晓璐.吉林大学 2016
本文编号：3378627
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