【摘 要】
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在过去的几十年中,非线性光学一直是发展最快的科学领域之一。这种非线性会引起许多有趣的光学现象,例如二次谐波的产生、克尔效应和饱和吸收。人们普遍认为,非线性光学材料的发现将在基础科学研究及工业方面起到至关重要的作用。在具有饱和吸收性的材料中,光的吸收会增加光强度。在早期将染料用作可饱和吸收体并通过被动调Q或锁模产生高峰值功率和超短激光脉冲之后,半导体可饱和吸收体镜得到了发展,并成为该领域的主流材料。
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在过去的几十年中,非线性光学一直是发展最快的科学领域之一。这种非线性会引起许多有趣的光学现象,例如二次谐波的产生、克尔效应和饱和吸收。人们普遍认为,非线性光学材料的发现将在基础科学研究及工业方面起到至关重要的作用。在具有饱和吸收性的材料中,光的吸收会增加光强度。在早期将染料用作可饱和吸收体并通过被动调Q或锁模产生高峰值功率和超短激光脉冲之后,半导体可饱和吸收体镜得到了发展,并成为该领域的主流材料。飞秒激光是可饱和吸收体促成的最有价值的产品之一,可用于高精度微纳加工、分子光谱学和信息处理。近几年,研究人员开始关注用于开发新型可饱和吸收体的纳米二维材料,包括碳纳米管、石墨烯、黑磷、过渡金属硫化物、拓扑绝缘体和金属碳氮化合物,并见证了其在该应用中的巨大潜力。本文的主要工作是探究新型三元二维材料的饱和吸收特性及利用其产生调Q和锁模激光的性能,具体内容如下:1.采用三明治薄膜法将自制的Mo0.5W0.5S2/聚乙烯薄膜制备成可饱和吸收器件,利用双臂探测法测得Mo0.5W0.5S2/聚乙烯薄膜的调制深度为12%,饱和吸收强度为4.5MW/cm2。在掺铒全光纤激光器中实现稳定调Q,得到了最短脉冲宽度为1.29μs,最大单脉冲能量为13.97 n J,重复频率的范围为49.9 k Hz-85.94 k Hz。2.为了实现1.5μm处锁模,抑制调Q脉冲包络,本实验采取了两种改进措施。首先是对可饱和吸收体薄膜转接技术的改进;其次利用光纤非线性效应和负色散的平衡作用。首次基于Mo0.5W0.5S2/聚乙烯薄膜,在掺铒全光纤激光器中实现飞秒锁模,中心波长在1558.4 nm,光谱宽度为6.33 nm,锁模脉冲宽度为575 fs,重复频率为4.873MHz,信噪比高达53 d B,峰值功率为268 W,对应的最大单脉冲能量为0.154 n J。3.探究了基于MXene可饱和吸收体与MXene/Mo S2可饱和吸收体的全光纤被动调Q掺铒光纤激光器。利用液相沉积法将MXene可饱和吸收体,Mxene/Mo S2可饱和吸收体转移到光纤端面,测量其非线性吸收特性。Mxene可饱和吸收体的调制深度为3.54%,可饱和吸收强度为0.47 MW/cm2;Mxene/Mo S2可饱和吸收体的调制深度为2.1%,可饱和吸收强度为7.22 MW/cm2。基于MXene可饱和吸收体的调Q脉冲最短脉冲宽度为2.1μs,最大单脉冲能量为10.5 n J,重复频率范围为48.58 k Hz到76.57k Hz;基于MXene/Mo S2可饱和吸收体调Q所获得的最短脉冲宽度为1.2μs,最大单脉冲能量为42.6 n J,重复频率范围为65.96 k Hz到98.52 k Hz。
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