基于SESAM与氧化石墨烯可饱和吸收体的全固态脉冲激光器研究

论文摘要

全固态脉冲激光器因具有结构简单、激发波长多样、光束质量好、脉冲能量高等优点,在国防、精密加工、医疗及科研等领域都有着极为广阔的应用。产生脉冲激光的技术主要包括调Q和锁模技术。半导体可饱和吸收镜（SESAM）是目前最成熟和应用最为广泛应用的被动锁模器件,目前,国外对SESAM的研究已趋成熟,而国内则还处于发展阶段,目前性能良好的SESAM主要被国外公司垄断。由于SESAM生长工艺复杂且价格昂贵,近些年来,一些二维纳米材料,包括碳纳米管（CNT）、石墨烯、氧化石墨烯（GO）、拓扑绝缘体（TI）、过渡金属硫化物（TMD）、黑磷（BP）等,被发现具有可饱和吸收效应,并被制备成调制器件且成功应用于固体,光纤激光器中以产生超短脉冲激光。这些新型吸收体材料因一般具有吸收波段宽,响应时间快,制备方便简单,价格低廉等优点而成为近年来的研究热点,然而,由于多数纳米材料本身的不稳定性导致新型宽带可饱和吸收器件的损伤阈值较低,并且不成熟的制备工艺也使得器件的插入损耗过大,阻碍了新型纳米材料吸收体在高功率固体脉冲激光器中的应用。基于以上背景,本论文围绕全固态激光器,分别研究以国外SESAM,国产SESAM,以及制备的氧化石墨烯可饱和吸收器作为调制元件进行固体激光实验。论文的主要工作包括:1.在调Q和锁模原理的基础上,深入研究了固体SESAM锁模激光器的谐振腔设计和热稳定性分析,创造性的提出一个判定谐振腔内关键位置的基模光斑半径与我们所期望的值的符合程度的参数,并给出利用此参数,借助MATLAB设计具有超大稳区,且稳区内激光模式参数稳定,热稳定性良好的折叠谐振腔的方法。2.将国外及国产SESAM作为调制元件,以Nd:YVO4为激光晶体,用于基于上述理论设计好的具有良好参数的同一激光腔内进行固体激光锁模实验,分别获得了 9.1 W,5.7 W的高功率锁模脉冲输出,脉冲重复频率108.28MHz,斜效率分别为31.7%和28%。3.利用液相剥离法和Langmuir-Blodgett拉膜技术,在反射式银镜上制备基于氧化石墨烯的反射式可饱和吸收器。表征测量了吸收器件的反射率,SEM图像,拉曼光谱,调制深度等参数,并将其应用于固体激光器的,获得了最大3.2W的调Q锁模脉冲输出,斜效率高达31%。

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Abstract

第一章绪论

1.1 全固态激光器简介

1.2 基于SESAM锁模的全固态激光器

1.2.1 SESAM简介

1.2.2 国内外固体SESAM锁模激光器的研究现状

1.3 氧化石墨烯可饱和吸收体

1.3.1 新型可饱和吸收体研究现状

1.3.2 常见可饱和吸收体的制备方法

1.3.3 氧化石墨烯可饱和吸收体简介

1.4 本论文的主要工作和结构安排

第二章固体激光相关理论

2.1 短脉冲激光技术原理

2.1.1 调Q技术简介

2.1.2 Q脉冲的建立的理论过程

2.1.3 锁模基本原理

2.2 固体激光谐振腔设计理论

2.2.1 谐振腔设计的ABCD传输矩阵理论

2.2.2 谐振腔表征k参数

2.2.3 利用k参数设计谐振腔及分析讨论

4激光晶体简介'> 2.3 Nd: YVO₄激光晶体简介

2.4 本章小结

第三章基于SESAM的固体激光锁模实验研究

3.1 实验配置及锁模腔型介绍

3.2 国外SESAM锁模实验结果及分析

3.3 国产SESAM固体锁模激光实验结果及分析

3.4 本章小结

第四章 L-B拉膜法制备氧化石墨烯可饱和吸收体及在固体激光器中的实验研究

4.1 L-B拉膜法简介

4.2 利用L-B拉膜法制备反射式氧化石墨烯可饱和吸收器

4.2.1 反射银镜的制作

4.2.2 溶液制备

4.2.3 L-B利用拉膜法制备可饱和吸收器

4.3 氧化石墨烯可饱和吸收体表征

4.4 反射式氧化石墨烯可饱和吸收器固体激光实验与讨论

4.4.1 实验设置

4.4.2 反射式氧化石墨烯被动调Q锁模实验结果与分析

4.5 本章小结

第五章总结与展望

5.1 本论文主要工作

5.2 今后工作展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间科研成果

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 杨西光

导师: 王勇刚

关键词: 固体激光器,锁模,氧化石墨烯,调锁模

来源: 陕西师范大学

年度: 2019

分类: 基础科学,信息科技

专业: 物理学,无线电电子学

单位: 陕西师范大学

分类号: TN248.1

DOI: 10.27292/d.cnki.gsxfu.2019.000928

总页数: 64

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