基于氧化石墨烯的调Q绿光脉冲激光器研究

摘要

氧化石墨烯优秀的光学特性、超宽的透光范围以及较高的损伤阈值，弥补了传统可饱和吸收体的不足，成为制备吸收体的理想材料。本文采用改进的Hummers法制备出氧化石墨粉末，经超声剥离形成稳定的氧化石墨烯溶液，利用滴涂法得到氧化石墨烯吸收体并对其进行一系列表征。将氧化石墨烯吸收体作为调Q器件插入到激光器谐振腔中，获得了稳定的绿光脉冲输出，具体研究内容如下: 1、详细介绍了调Q速率方程及其求解过程，通过求解调Q速率方程可以得到调Q脉冲峰值功率、能量及单脉冲能量利用率等参数，在调Q速率方程的基础上对调Q原理进行了解释，并介绍了不同调Q器件的优缺点及适用领域。 2、重点介绍了石墨烯、氧化石墨烯的结构特征与光学特性。石墨烯在氧化变为氧化石墨烯的过程中，它的晶格和能带结构并没有被破坏，故氧化石墨烯具有与石墨烯相似的光学特性，而氧化过程中引入的含氧官能团使氧化石墨烯具有强烈的亲水性，更容易制成调Q器件。 3、实验中，采用改进的Hummers法制备出氧化石墨粉末，经超声剥离形成稳定的氧化石墨烯溶液，利用滴涂法获得氧化石墨烯可饱和吸收体，然后对吸收体进行拉曼、XRD、SEM及FTIR等表征，初步评估其质量优劣;利用氧化石墨烯吸收体与PPLN倍频晶体，设计搭建了808nm LD泵浦的PPLN/GO直线腔绿光脉冲激光器，并对激光器的稳定性、输出功率特性、输出脉冲特性及PPLN晶体温度输出特性进行了分析。实验结果表明，在激光晶体吸收功率为5.16W时，532nm脉冲光输出功率为536mW，相应的光-光转化效率为10.3％，重复频率为71.4kHz，脉冲宽度为98ns，单脉冲能量为7.6nJ。

目录

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摘要

第一章绪论

1．1全固态脉冲激光器的发展历程

1．2全固态绿光脉冲激光器的研究现状

1．2．1全固态绿光脉冲激光器国外发展历程

1．2．2全固态绿光脉冲激光器国内发展历程

1．3全固态绿光脉冲激光器的应用

1．4本论文的研究内容

第二章被动调Q激光器的基本理论

2．1速率方程及其求解方法

2．2调Q的基本原理

2．3调Q的技术分类

2．4本章小结

第三章石墨烯／氧化石墨烯的光学特性

3．1碳的同素异形体

3．2石墨烯的结构和特征

3．2．1晶格和能带结构

3．2．2线性吸收特性

3．2．3可饱和吸收机理

3．3氧化石墨烯的结构和特征

3．3．1氧化石墨烯结构

3．3．2 氧化石墨烯的光学特性

3．3．3氧化石墨烯的应用

3．4本章小结

第四章基于氧化石墨烯的1064nm脉冲激光器实验研究

4．1氧化石墨烯的制备及表征

4．2 1064nm连续激光器结构设计

4．3 1064nm连续激光器分析

4．3．1 1064nm连续激光器模场特性

4．3．2 1064nm连续激光器稳定性分析

4．4 1064nm脉冲激光器结构设计

4．5氧化石墨烯被动调Q 1064nm脉冲激光器分析

4．5．1 1064nm脉冲激光器稳定性分析

4．5．2激光器输出功率特性

4．5．3激光器输出脉冲特性

4．6本章小结

第五章基于氧化石墨烯的532nm脉冲激光器实验研究

5．1激光倍频理论及准相位匹配原理

5．1．1倍频的波耦合方程

5．1．2准相位匹配

5．1．3非线性倍频晶体

5．2 532nm连续激光器结构设计

5．3 532nm连续激光器分析

5．3．1 532nm连续激光器模场特性

5．3．2 532nm连续激光器稳定性分析

5．4绿光脉冲激光器结构设计

5．4．1绿光脉冲激光器谐振腔设计

5．4．2 532nm脉冲激光器结构设计

5．5氧化石墨烯被动调Q 532nm脉冲激光器分析

5．5．1激光器稳定性分析

5．5．2激光器输出功率特性

5．5．3激光器输出脉冲特性

5．5．4 PPLN晶体温度输出特性

5．6本章小结

6．1总结

6．2展望

参考文献

致谢

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