新型二维材料可饱和吸收特性在短脉冲光纤激光器中的应用研究
发布时间：2022-01-23 08:23
超快光纤激光器的快速发展与可饱和吸收体（SAs）密切相关,利用二维材料制成可饱和吸收体应用在光纤激光器中,已成为当下最受欢迎的实现超短脉冲的方式之一。新型二维材料主要包括石墨烯（Graphene）、过渡金属族硫化物（TMDs）、黑磷（BP）和拓扑绝缘体（TIs）等,由于这些二维材料的制备工艺简单、成本低、工作波段宽且损伤阈值高,现已成为脉冲激光应用领域中出色的SAs。本论文主要围绕新型二维材料的非线性可饱和吸收性能及在光纤激光器中的应用展开了研究。用液相剥离法制备了二硒化钛（1T-Ti Se2）、硒化锗（Ge Se）以及二硒化钽（2H-Ta Se2）纳米片材料,利用这些二维材料的可饱和吸收特性在光纤激光器中分别实现了稳定的脉冲运转,并且对实验结果进行分析和讨论。具体研究内容如下:（1）基于1T-Ti Se2 SA的超快光纤激光器研究。对1T-Ti Se2纳米片进行一系列的表征及光学特性测试。（1）利用1T-Ti Se2 SA实现了被动调Q掺铒光纤激光器。当泵浦功率为400 m ...
【文章来源】：山东理工大学山东省
【文章页数】：72 页
【学位级别】：硕士
【图文】：
铒离子能级结构图
山东理工大学硕士学位论文第二章脉冲光纤激光器的相关理论16置如图2.2所示：图2.2双臂探测系统示意图[99]Fig.2.2Two-armdetectionsystemschematicdiagram[99].双臂探测系统的光源是脉冲激光光源，其输出脉冲的宽度一般为ps或fs量级。可变光衰减器（Attenuation）用于控制输入激光功率。脉冲由光纤耦合器分配，一个端口用于监视输入功率，而另一个端口用于经过SA。使用两个校准的功率计来同时测量输出功率，然后根据公式（2.15）进行拟合，最终得出材料的调制深度、可饱和吸收强度等参数。2.3.3饱和恢复时间饱和恢复时间具体指可饱和吸收体从达到饱和状态到恢复可吸收状态所需要的时间，它包括载流子的带内驰豫时间和带间驰豫时间。载流子的带内驰豫时间一般在10fs至100fs；带间驰豫时间对应带间电子-空穴对的复合过程，一般在ps至fs量级[100]。超快弛豫时间意味着二维材料能够用作超快激光器的可饱和吸收体。当带间载流子复合时间与脉冲持续时间在相同数量级时，载流子的带内驰豫时间可忽略不计，此时脉冲的形成只和带间驰豫时间有关。2.4二维材料纳米片的常用制备方法层状二维材料的制备方法主要包括机械剥离法、化学气相沉积（CVD）法及液相剥离（LPE）法。1.机械剥离法。原理是通过剥离的物理手段使晶体块的层数减少为单层或少层，从而得到纳米片结构。最简单的做法就是用胶带对块状材料进行重复剥离操作，由于晶体层间作用力较弱，借助胶带的粘性很容易实现层间分离，从而得到二维纳米片结构。整个过程中材料的晶体结构没有发生变化，且具有较小的尺寸和良好的晶体质量。
?印Ｃ坎?T-TiSe2内部的原子通过作用力强的共价键连接，各层之间则通过作用力弱的范德瓦尔斯力连接。所以，通过LPE这种方式很容易将层间作用力打破而形成单层或者少层的1T-TiSe2纳米片。一方面，1T-TiSe2的层状晶体结构与其他TMDs材料相比，具有0.15eV的窄带隙，甚至更小或不存在[102]，它可以支持更宽的带响应，因此，非常适合应用于从可见光到MIR波段的光子学设备。另一方面，1T-TiSe2的超快弛豫时间低于100fs，加上大量的载流子以及较强的光-物质相互作用，因此，非常适合作为光纤激光器中的可饱和吸收体来使用。图3.11T-TiSe2的层状晶体结构[103]Fig.3.1Layeredcrystalstructureof1T-TiSe2[103].在2013年，B.Z.Yan等人首次将1T-TiSe2应用于被动调Q固态激光器中[104]。在1.0、1.3、2.0和2.8μm的激光波长下，得到最短脉冲宽度分别为483ns、344ns、350ns和160ns，最高重复频率分别为152kHz、224kHz、84kHz和78kHz的稳定
【参考文献】：
期刊论文
[1]Passively mode-locked Er-doped fiber laser based on SnS2 nanosheets as a saturable absorber[J]. KANGDI NIU,RUYI SUN,QINGYUN CHEN,BAOYUAN MAN,HUANIAN ZHANG. Photonics Research. 2018(02)
[2]石墨烯被动锁模光纤激光器的研究进展[J]. 宋浩青,杨爱英. 激光与红外. 2013(02)
[3]高功率光纤激光器的研究进展[J]. 陈苗海. 激光与红外. 2007(07)
[4]Acousto-optic Q-switched cladding-pumped ytterbium-doped fiber laser[J]. 彭博,柳强,巩马理,闫平. Chinese Optics Letters. 2007(07)
[5]全光纤型调Q激光器的研究进展[J]. 董连永,孙立萍,张志芹,王俊,魏岱,朱辉,吕福云. 激光与红外. 2006(06)
[6]基于色散不对称光纤环形镜的锁模光纤激光器[J]. 王肇颖,王永强,李智勇,贾东方,葛春风,张瑞峰,李世忱. 光学学报. 2004(05)
[7]掺铒光纤激光器的研究与进展[J]. 郭晓东,乔学光,贾振安,王小凤. 激光与光电子学进展. 2003(12)
博士论文
[1]锁模光纤激光器的理论与实验研究[D]. 杨石泉.南开大学 2003
硕士论文
[1]过渡金属硒化物的高温高压制备及其物性研究[D]. 闫立敏.吉林大学 2018
[2]基于新型二维材料的脉冲光纤激光器研究[D]. 陈磊.西安电子科技大学 2018
本文编号：3603965
【文章来源】：山东理工大学山东省
【文章页数】：72 页
【学位级别】：硕士
【图文】：
铒离子能级结构图
山东理工大学硕士学位论文第二章脉冲光纤激光器的相关理论16置如图2.2所示：图2.2双臂探测系统示意图[99]Fig.2.2Two-armdetectionsystemschematicdiagram[99].双臂探测系统的光源是脉冲激光光源，其输出脉冲的宽度一般为ps或fs量级。可变光衰减器（Attenuation）用于控制输入激光功率。脉冲由光纤耦合器分配，一个端口用于监视输入功率，而另一个端口用于经过SA。使用两个校准的功率计来同时测量输出功率，然后根据公式（2.15）进行拟合，最终得出材料的调制深度、可饱和吸收强度等参数。2.3.3饱和恢复时间饱和恢复时间具体指可饱和吸收体从达到饱和状态到恢复可吸收状态所需要的时间，它包括载流子的带内驰豫时间和带间驰豫时间。载流子的带内驰豫时间一般在10fs至100fs；带间驰豫时间对应带间电子-空穴对的复合过程，一般在ps至fs量级[100]。超快弛豫时间意味着二维材料能够用作超快激光器的可饱和吸收体。当带间载流子复合时间与脉冲持续时间在相同数量级时，载流子的带内驰豫时间可忽略不计，此时脉冲的形成只和带间驰豫时间有关。2.4二维材料纳米片的常用制备方法层状二维材料的制备方法主要包括机械剥离法、化学气相沉积（CVD）法及液相剥离（LPE）法。1.机械剥离法。原理是通过剥离的物理手段使晶体块的层数减少为单层或少层，从而得到纳米片结构。最简单的做法就是用胶带对块状材料进行重复剥离操作，由于晶体层间作用力较弱，借助胶带的粘性很容易实现层间分离，从而得到二维纳米片结构。整个过程中材料的晶体结构没有发生变化，且具有较小的尺寸和良好的晶体质量。
?印Ｃ坎?T-TiSe2内部的原子通过作用力强的共价键连接，各层之间则通过作用力弱的范德瓦尔斯力连接。所以，通过LPE这种方式很容易将层间作用力打破而形成单层或者少层的1T-TiSe2纳米片。一方面，1T-TiSe2的层状晶体结构与其他TMDs材料相比，具有0.15eV的窄带隙，甚至更小或不存在[102]，它可以支持更宽的带响应，因此，非常适合应用于从可见光到MIR波段的光子学设备。另一方面，1T-TiSe2的超快弛豫时间低于100fs，加上大量的载流子以及较强的光-物质相互作用，因此，非常适合作为光纤激光器中的可饱和吸收体来使用。图3.11T-TiSe2的层状晶体结构[103]Fig.3.1Layeredcrystalstructureof1T-TiSe2[103].在2013年，B.Z.Yan等人首次将1T-TiSe2应用于被动调Q固态激光器中[104]。在1.0、1.3、2.0和2.8μm的激光波长下，得到最短脉冲宽度分别为483ns、344ns、350ns和160ns，最高重复频率分别为152kHz、224kHz、84kHz和78kHz的稳定
【参考文献】：
期刊论文
[1]Passively mode-locked Er-doped fiber laser based on SnS2 nanosheets as a saturable absorber[J]. KANGDI NIU,RUYI SUN,QINGYUN CHEN,BAOYUAN MAN,HUANIAN ZHANG. Photonics Research. 2018(02)
[2]石墨烯被动锁模光纤激光器的研究进展[J]. 宋浩青,杨爱英. 激光与红外. 2013(02)
[3]高功率光纤激光器的研究进展[J]. 陈苗海. 激光与红外. 2007(07)
[4]Acousto-optic Q-switched cladding-pumped ytterbium-doped fiber laser[J]. 彭博,柳强,巩马理,闫平. Chinese Optics Letters. 2007(07)
[5]全光纤型调Q激光器的研究进展[J]. 董连永,孙立萍,张志芹,王俊,魏岱,朱辉,吕福云. 激光与红外. 2006(06)
[6]基于色散不对称光纤环形镜的锁模光纤激光器[J]. 王肇颖,王永强,李智勇,贾东方,葛春风,张瑞峰,李世忱. 光学学报. 2004(05)
[7]掺铒光纤激光器的研究与进展[J]. 郭晓东,乔学光,贾振安,王小凤. 激光与光电子学进展. 2003(12)
博士论文
[1]锁模光纤激光器的理论与实验研究[D]. 杨石泉.南开大学 2003
硕士论文
[1]过渡金属硒化物的高温高压制备及其物性研究[D]. 闫立敏.吉林大学 2018
[2]基于新型二维材料的脉冲光纤激光器研究[D]. 陈磊.西安电子科技大学 2018
本文编号：3603965
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