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《西北大学》 2016年
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双层石墨烯载流子输运及其与微纳光纤倏逝场作用被动调Q的研究

刘亚莉  
【摘要】:超短脉冲激光在通讯、医学、生物学及现代国防等方面有着不可取代的重要作用。被动调Q光纤激光器因其结构简单紧凑、稳定性好、散热方便并且无需复杂的准直操作等优点而被广泛用于实现脉冲输出。石墨烯作为一种新型功能材料,具有超快的载流子输运性能和线性色散的能带结构,这使得石墨烯作为可饱和吸收体在调Q领域被大量研究。但是由于石墨烯材料本身的损伤阈值较低,使得以石墨烯作为可饱和吸收体的调Q光纤激光器无法承受高功率激光。基于以上讨论,本文以石墨烯-微纳光纤复合波导作为新型的可饱和吸收体,利用石墨烯与微纳光纤倏逝场的作用实现了较高泵浦功率下的稳定调Q脉冲输出。论文首先利用常压化学气相沉积法(APCVD)制备出了高质量双层石墨烯薄膜。实验探究了其在0℃到240℃(273 K-513 K)的温度范围内的超快载流子输运性能,并对石墨烯的温度依赖特性进行了分析和讨论,利用热活化(TA)模型成功拟合了载流子浓度的温度依赖特性,并理论解释了双层石墨烯载流子迁移率基本不随温度变化的实验现象。然后,利用高温熔融拉锥法成功制备出了直径从4μm到10μm的高通光率双锥形微纳光纤。并进一步利用Rsoft软件的BeamPROP模块对高温熔融拉锥法制备的不同直径的双锥形微纳光纤的锥腰部分的径向模场分布进行了模拟。结果表明随着锥腰直径的不断减小,模场直径相对于锥腰直径越来越大,芯外倏逝波的比例越来越大,光的传输有效率η越来越小。最后,我们以石墨烯-微纳光纤复合波导作为新型的可饱和吸收体并实现了从220mW至600 mW的稳定调Q脉冲输出。并且在泵浦功率从300 mW至500 mW范围内得到调Q脉冲的脉宽从4.11 μs降低至2.06μs,而调Q脉冲的重复频率从50.38 kHz增加至73.06 kHz。
【学位授予单位】:西北大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:TN253;TN248

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