MoS2的制备、表征及其在固体激光器中的应用

论文摘要

超短脉冲激光因具有时域内脉宽窄、频域内光谱宽等优点,在光学、电学等诸多领域有着重要的应用。如何成功获得高功率、高重频、高脉冲能量激光一直是超短脉冲激光领域研究热点。近年来,以二硫化钼（MoS2）为代表的“类石墨烯”二维材料具有带隙可调、高调制深度、宽带可饱和吸收等优点以及优于传统半导体材料光学可饱和吸收体（SA）的特性在超快脉冲激光器中获得广泛应用。本论文主要研究了MoS2SA的制备、表征,并利用其优良的光学性质,将SA应用在全固态脉冲激光系统中,具体内容如下:（1）利用锂离子-插层法制备了MoS2溶液,并成功获得了性能优良的MoS2SA。通过Raman、AFM等对MoS2SA进行了表征测试,结果表明SA表面薄膜呈现出大尺寸的层状二维纳米结构,层厚约为2-7层。随后,还测得MoS2 SA在1064 nm和532 nm处的透过率分别为87.6%、87.09%,调制深度4.3%,饱和光强7.5 MW/cm2,展现出较为良好的光学特性。与常见CVD等方法相比,本论文中使用的方法流程简单、剥离效率高、范围广,制备出的MoS2在水中有较好分散性,易于得到性能优良的SA。（2）着重研究并搭建了1064 nm全固态脉冲激光器系统,实现了基于MoS2 SA的1063.9 nm皮秒锁模激光稳定输出。当激光器的吸收泵浦功率为3.43 W时,激光系统开始连续锁模（CWML）运转;功率为6.86 W时,平均输出功率894 mW,对应光-光转换效率13.03%和斜率效率16.45%。同时,锁模脉冲FWHM为1.89 nm,脉宽5 ps,重频87 MHz,频谱信号信噪比为45.1 dB。与现有文献中的类似实验相比,本文中的输出脉冲宽度更窄,频谱信号信噪比更高,激光系统更加稳定。（3）通过理论研究及数值仿真,结合实际实验环境合理设计了532 nm全固态连续和脉冲激光器系统,并讨论了相对应的激光器性能。着重研究了532 nm全固态脉冲激光器系统,实现了基于MoS2 SA的532.7 nm纳秒调Q脉冲激光输出。当激光器的吸收泵浦功率6.21 W时,最大平均输出功率323 mW,相应光-光转换效率5.3%以及斜率效率6.9%;脉冲重频66.7 kHz,脉冲持续时间320 ns。与现有文献中类似实验相比,本文通过优化激光系统设计,在ns量级进一步压缩了输出脉冲宽度。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
•   1.1 引言
• 2'>  1.2 二维材料MoS₂
• 2 的结构、性质及应用'>    1.2.1 MoS₂的结构、性质及应用
• 2 常见制备及表征方法'>    1.2.2 MoS₂常见制备及表征方法
•   1.3 全固态激光器简介
•     1.3.1 全固态激光器发展历程
•     1.3.2 全固态激光器特点及应用
•     1.3.3 基于新型二维材料的全固态激光器研究现状
•   1.4 本文主要研究内容
• 第二章 全固态脉冲激光器理论介绍
•   2.1 光学谐振腔基本理论及分类
•   2.2 激光倍频基本理论
•     2.2.1 光学倍频耦合波方程
•     2.2.2 相位匹配技术
•     2.2.3 周期极化晶体简介
•   2.3 调Q技术基本原理及方法分类
•   2.4 锁模技术基本原理及方法分类
•   2.5 本章小结
• 2 SA的制备、表征及其光学特性研究'>第三章 MoS₂SA的制备、表征及其光学特性研究
• 2 SA的制备'>  3.1 MoS₂SA的制备
• 2 SA的表征'>  3.2 MoS₂SA的表征
• 2 SA的光学特性研究'>  3.3 MoS₂SA的光学特性研究
•   3.4 本章小结
• 2 SA的1064 nm固体激光器锁模实验研究'>第四章 基于MoS₂ SA的1064 nm固体激光器锁模实验研究
•   4.1 全固态被动锁模激光器工作原理
•   4.2 1064nm全固态连续激光器系统设计
•   4.3 1064nm全固态连续激光器性能分析
• 2 SA的1064 nm被动锁模脉冲激光器实验研究'>  4.4 基于MoS₂ SA的1064 nm被动锁模脉冲激光器实验研究
•     4.4.1 1064nm脉冲激光器系统设计
•     4.4.2 1064nm脉冲激光器性能分析
•     4.4.3 激光器输出特性分析
•   4.5 本章小结
• 2 SA的532nm固体激光器调Q实验研究'>第五章 基于MoS₂SA的532nm固体激光器调Q实验研究
•   5.1 全固态被动调Q激光器工作原理
•   5.2 532nm连续激光器系统设计
•   5.3 532nm连续激光器性能分析
• 2 SA的532nm被动调Q脉冲激光器实验研究'>  5.4 基于MoS₂SA的532nm被动调Q脉冲激光器实验研究
•     5.4.1 532nm脉冲激光器系统仿真及设计
•     5.4.2 532nm脉冲激光器性能分析
•     5.4.3 激光器输出特性分析
•   5.5 本章小结
• 第六章 总结与展望
•   6.1 总结
•   6.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 作者简介

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 杨镇博

导师: 常建华,毕纪军

关键词: 二硫化钼,全固态,锁模

来源: 南京信息工程大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑,信息科技

专业: 物理学,化学,无线电电子学

单位: 南京信息工程大学

分类号: TN248.1;O614.612

DOI: 10.27248/d.cnki.gnjqc.2019.000263

总页数: 78

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