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二维层状过渡金属硫化物的光调制器制备及其非线性特性研究

陈浩  
【摘要】:半导体型过渡金属硫化物(Semiconductor transition-metal dichalcogenides,STMDCs)是一类典型的二维层状材料,具有十分优异的物理特性。近年来,研究人员发现STMDCs可作为一类出色的非线性光调制材料。基于STMDCs的光调制器件具有宽波段的光调制能力,强的光与材料相互作用和高的三阶非线性系数,这些特性使得STMDCs在脉冲型激光器系统中可以作为理想的可饱和吸收体,实现将激光腔内的连续光转变为稳定的脉冲序列输出。本论文主要研究二维层状材料STMDCs的非线性光学特性及其作为可饱和吸收体在激光器中的应用。在第二章中,主要介绍了4种常见的制备STMDCs的工艺及主要的材料特性表征方法。详细介绍了STMDCs的非线性可饱和吸收机制及基于STMDCs的不同类型可饱和吸收体器件的结构特征。在第三章中,主要介绍了磁控溅射沉积工艺制备基于STMDCs端面反射型的全光纤化可饱和吸收体器件,并实现了稳定的被动调Q脉冲序列输出。通过优化器件设计,采用熊猫型的保偏光纤作为衬底在其表面沉积WS_2薄膜,并在激光器系统中实现了稳定的高信噪比被动调Q脉冲输出。对比了不同腔参数对被动调Q脉冲输出特性的影响,得到了最优范围内的激光器腔参数。另外,制备了基于WS_2-MoS_2-WS_2异质结结构的可饱和吸收体器件,结合异质结出色的非线性可饱和吸收特性,实验中实现296 fs的稳定被动锁模脉冲输出。在第四章中,主要介绍了采用化学气相沉积法生长少层WS_2薄膜和MoSe_2薄膜。结合相关的表征方法,证明了化学气相沉积法制备的少层WS_2薄膜和MoSe_2薄膜具有大面积的连续性和高的晶格质量。实验中制备了基于少层WS_2和MoSe_2的可饱和吸收体器件,并系统的研究了其非线性光学特性。通过将两种可饱和吸收体器件加入到掺铒光纤激光器环形腔系统内,分别获得了具有出色激光输出特性的稳定被动调Q脉冲输出和被动锁模脉冲输出。在最后一章中,详细地总结了前面章节介绍的主要实验成果,并对目前的实验方案进行了分析及对需要优化的地方进行了探讨。最后对未来的工作做了进一步的展望,希望能够在后续的工作中更加完善和提升目前的实验方案和结果。


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