基于石墨烯和拓?fù)浣^緣體的被動調(diào)Q固體激光器研究.pdf

1、短脈沖具有高空間分辨率、高時間分辨率、寬帶寬、高峰值功率的特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于工業(yè)加工、激光雷達(dá)、非線性光學(xué)等領(lǐng)域。被動調(diào)Q因其結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉、方便實(shí)用等諸多優(yōu)點(diǎn)成為獲取短脈沖的一種重要方式，而被動調(diào)Q的關(guān)鍵技術(shù)又在于可飽和吸收材料的選擇。在被動調(diào)Q技術(shù)發(fā)展之初的幾十年里，傳統(tǒng)的可飽和吸收體材料如有機(jī)染料、可飽和吸收晶體（色心晶體、Cr∶YAG等）受到了廣泛的研究，但是它們穩(wěn)定性差、工作范圍窄，已經(jīng)無法滿足日新月異的激光脈沖技術(shù)的要求。

2、近年來，半導(dǎo)體可飽和吸收鏡(SESAM)、單壁碳納米管(SWCNT)等新型可飽和吸收材料的出現(xiàn)使被動調(diào)Q技術(shù)初現(xiàn)曙光，但是人們?nèi)匀粵]有停止尋找性能更優(yōu)良的可飽和吸收材料的步伐。2009年，南洋理工大學(xué)的Q.Bao等人發(fā)現(xiàn)石墨烯在強(qiáng)光照射下吸收率會出現(xiàn)飽和狀態(tài);2012年，F(xiàn).Bernard等人在研究三維拓?fù)浣^緣體Bi2Te3非線性效應(yīng)的時候，測量到了Bi2Te3的可飽和吸收特性。這兩種三維狄拉克可飽和吸收材料的發(fā)現(xiàn)，使被動調(diào)Q技術(shù)進(jìn)入了

3、一個全新的紀(jì)元。石墨烯和拓?fù)浣^緣體可飽和吸收體具有損傷閾值高、工作波長范圍廣、恢復(fù)時間短等一系列優(yōu)點(diǎn)，是近乎理想的可飽和吸收材料。本文正是基于以上的背景，利用石墨烯和拓?fù)浣^緣體作為調(diào)Q元件，對被動調(diào)Q全固態(tài)激光器進(jìn)行了理論分析和實(shí)驗(yàn)探究。其主要內(nèi)容和創(chuàng)新點(diǎn)總結(jié)如下:
　　1)介紹了被動調(diào)Q固體激光器的理論。包括LD泵浦固體激光器的發(fā)展歷程及優(yōu)點(diǎn)，激光晶體特別是后文中用到的兩種摻釹晶體(Nd∶YAG和Nd∶YVO4)的能級結(jié)構(gòu)和各自

4、的優(yōu)缺點(diǎn)，以及不同的切割方向?qū)τ诰w特性的影響，闡述了Q值定義、調(diào)Q原理和調(diào)Q速率方程，并通過求解速率方程得到調(diào)Q脈沖參數(shù)表達(dá)式。
　　2)石墨烯和拓?fù)浣^緣體可飽和吸收鏡的制備方法和表征。敘述了化學(xué)氣相沉積法(CVD)制備石墨烯的步驟和CVD石墨烯可飽和吸收鏡物理光學(xué)特性的測量方法和結(jié)果分析;詳細(xì)介紹了少層Bi2Se3的制備步驟和將少層Bi2Se3轉(zhuǎn)移到可飽和吸收鏡的過程，分析了TI∶ Bi2Se3可飽和吸收鏡的物理特性和可飽和吸

5、收體特性。
　　3)不同層數(shù)CVD石墨烯、不同激光晶體被動調(diào)Q固體激光器的實(shí)驗(yàn)研究。首先進(jìn)行Nd∶YAG和c切Nd∶YVO4連續(xù)固體激光器的實(shí)驗(yàn)研究，再分別將單層、雙層、3～5層、6～10層石墨烯可飽和吸收鏡插入到激光器中作為Q開關(guān)進(jìn)行被動調(diào)Q實(shí)驗(yàn)。分析兩種激光晶體、四種不同層數(shù)CVD石墨烯所得調(diào)Q脈沖特性參數(shù)，比較結(jié)果并分析原因。
　　4)基于拓?fù)浣^緣體沿c軸切割（簡稱c切）Nd∶YVO4被動調(diào)Q固體激光器的實(shí)驗(yàn)研究。將制