幾種二維納米材料的被動(dòng)調(diào)Q激光性能研究.pdf

1、近十年來(lái)，以石墨烯為代表的二維納米材料成為科研人員關(guān)注的焦點(diǎn)。二維納米材料與體塊材料在光學(xué)、電學(xué)、磁學(xué)等方面具有不同特性。在光學(xué)方面，吸收波長(zhǎng)寬、響應(yīng)時(shí)間短、光學(xué)損耗低等特點(diǎn)使二維納米材料表現(xiàn)出優(yōu)良的可飽和吸收性能，在激光調(diào)制領(lǐng)域具有廣闊應(yīng)用前景。
　　通過(guò)摻雜方式來(lái)改變二維納米材料的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)。目前，多數(shù)研究將重點(diǎn)放于摻雜材料的制備及表征，對(duì)于摻雜材料的可飽和吸收特性涉及較少。本論文第二章、第三章分別選取摻氮石墨烯（氮原子摻入石

2、墨烯晶格中），摻碳氮化硼（碳原子摻入氮化硼晶格中）為研究對(duì)象，實(shí)現(xiàn)了1064nm被動(dòng)調(diào)Q激光的穩(wěn)定輸出。實(shí)驗(yàn)證實(shí)，摻雜對(duì)二維納米材料的可飽和吸收性質(zhì)可以起到優(yōu)化作用。第四章的研究對(duì)象是二硫化鎢(WS2)及二硫化鉬(MoS2)，分別應(yīng)用于Nd∶GdVO4全固態(tài)激光器中，結(jié)果表明二維納米材料的厚度對(duì)于被動(dòng)調(diào)Q效果有顯著影響。主要研究?jī)?nèi)容及結(jié)果如下:
　　(1)研究了摻氮石墨烯的結(jié)構(gòu)。借助拉曼光譜圖以及X射線光電子能譜圖證實(shí)氮原子已進(jìn)入

3、石墨烯晶格內(nèi)，并且材料結(jié)構(gòu)保持完整。將摻氮石墨烯作為激光調(diào)制元件應(yīng)用于全固態(tài)激光器。
　　(2)研究了摻氮石墨烯的被動(dòng)調(diào)Q激光輸出特性，實(shí)現(xiàn)了61mW，284kHz，103ns，0.21μJ，2.08W的被動(dòng)調(diào)Q脈沖。以純石墨烯為參考對(duì)象，獲得了56mW，510kHz，105ns，0.11μJ，1.05W的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。在同等實(shí)驗(yàn)條件下，摻氮石墨烯作為調(diào)Q元件時(shí)輸出脈沖序列更加整齊、寬度更窄、調(diào)制效果更好，證明摻氮石墨烯的可飽和吸收性

4、能優(yōu)于純石墨烯。
　　(3)研究了硼碳氮的結(jié)構(gòu)。用原子力顯微鏡、掃描電子顯微鏡觀察了硼碳氮的形貌特點(diǎn);根據(jù)X射線衍射、拉曼光譜以及X射線光電子能譜的測(cè)試結(jié)果，得出碳原子已經(jīng)嵌入六方氮化硼納米片晶格的結(jié)論。
　　(4)研究了硼碳氮納米材料的非線性吸收特性。硼碳氮納米片在低入射功率密度下，表現(xiàn)出可飽和吸收特性;在高入射功率密度下，顯示出反飽和吸收特征。不同碳含量的硼碳氮納米片表現(xiàn)出不同的非線性光學(xué)吸收特性，因此可以通過(guò)調(diào)節(jié)摻雜碳

5、原子濃度來(lái)改變納米片的非線性吸收系數(shù)。
　　(5)研究了硼碳氮納米片的被動(dòng)調(diào)Q輸出特性。以六方氮化硼納米結(jié)構(gòu)為參考，將兩者插入1064nm連續(xù)激光腔內(nèi)，得到硼碳氮及六方氮化硼納米材料的被動(dòng)調(diào)Q實(shí)驗(yàn)結(jié)果:最大輸出功率分別為24mW，18mW;重復(fù)頻率分別為537kHz，730kHz;最窄脈寬分別為121.8ns，136ns;最大脈沖能量分別為0.045μJ，0.025μJ;峰值功率分別為0.367W，0.184W。以上數(shù)據(jù)表明硼碳氮

6、的可飽和吸收性質(zhì)優(yōu)于六方氮化硼材料。
　　(6)研究了WS2、MoS2的被動(dòng)調(diào)Q輸出特性。按照原子力顯微鏡的尺寸測(cè)量結(jié)果，將不同尺寸的材料編號(hào)，分別對(duì)Nd∶GdVO4全固態(tài)連續(xù)激光進(jìn)行調(diào)制。厚度為6nm的二硫化鎢表現(xiàn)出最優(yōu)被動(dòng)調(diào)Q效果:在泵浦功率615mW時(shí)，獲得106mW的最大輸出功率，對(duì)應(yīng)的重復(fù)頻率為973kHz，脈沖寬度26ns，單脈沖能量0.11μJ，峰值功率4.19W。厚度為9nm的MoS2被動(dòng)調(diào)Q效果次之。上述實(shí)驗(yàn)表明