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石墨烯的光学性质及其在激光器中的应用

作　者: 林正怀
导　师: 王加贤
学　校: 华侨大学
专　业: 电子科学与技术
关键词: 石墨烯 还原氧化石墨法 可饱和吸收 紧束缚近似 双波长调Q
分类号: TN248
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
下　载: 5次
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内容摘要


石墨烯已被证实是一种典型零带隙的半金属材料，其价带和导带完美的对称相交于费米能级处（（？）和（？）点），（？）和（？）点也称为狄拉克点。在该点附近的电子能带关系为狄拉克锥。石墨烯具有的宽波段吸收和零带隙结构，使其可以作为一种有效的可饱和吸收体，获得超短脉冲、超高能量和高重复率的激光输出。本文采用还原氧化石墨的方法制备了分散液形式的石墨烯。通过对石墨粉原料的氧化-还原的化学反应，以1-甲基-2-吡咯烷酮（NMP）为溶剂，结合粉碎过程和离心过程，精确合理控制粉碎时间和离心转速，制备出符合实验要求的石墨烯分散液。采用紫外可见分光光度计测量了样品在400nm-1100nm波段的吸光度。测量了样品对1064nm和1342nm激光的吸收率与入射激光功率的关系，确定了石墨烯均匀分散液具有可饱和吸收特性。采用紧束缚近似法分析了单层及多层石墨烯的电子能带结构，并对狄拉克费米子的隧穿效应进行了分析。将石墨烯分散液滴入不同通光长度的石英比色皿中作为可饱和吸收体，插入到LD泵浦Nd:YVO4激光器中，实现了1064nm和1342nm两种波长的调Q运转，获得6.06ns的1064nm和7.53ns的1342nm激光脉冲；结合石墨烯分散液的非线性吸收特性，分析了被动调Q的运转机理。选取具有较好可饱和吸收特性的样品，实现了闪光灯泵浦的Nd:YAG激光锁模运转，分析了石墨烯锁模运转的机理。采用相互重叠的两个共线支腔构成三镜复合腔，通过设置适当的支腔长度和合适透光率的输出镜组合，使腔内1064nm和1342nm两种波长激光满足振荡阈值相等的条件，从而获得LD泵浦的Nd:YVO4激光器双波长激光输出。将石墨烯作为可饱和吸收体，实现了1064nm和1342nm双波长调Q运转。

全文目录


摘要  3-4
Abstract  4-6
目录  6-8
第1章 引言  8-20
  1.1 石墨烯材料的研究意义  8-10
  1.2 石墨烯特殊的物理化学性质  10
  1.3 石墨烯的制备及表征  10-17
    1.3.1 石墨烯常用的制备方法  10-14
    1.3.2 石墨烯的表征  14-17
  1.4 石墨烯在调 Q 和锁模激光器中应用研究的进展  17-18
  1.5 本课题的主要研究内容和创新点  18-20
    1.5.1 主要研究内容  18-19
    1.5.2 研究特色和创新  19-20
第2章 石墨烯样品的制备和光学性质测试  20-30
  2.1 石墨烯分散液的制备  20-23
    2.1.1 样品制备的操作流程  20-22
    2.1.2 样品制备的相关参数  22-23
  2.2 石墨烯样品的光学性质测试  23-29
    2.2.1 样品的 UV2800 紫外可见分光光度计测试  23-28
    2.2.2 样品对激光功率的透过率  28-29
  2.3 本章小结  29-30
第3章 单层及多层石墨烯电子能带的研究  30-38
  3.1 单层石墨烯的电子能带结构  30-34
    3.1.1 单层石墨烯电子能带的紧束缚模型  30-32
    3.1.2 狄拉克费米子的隧穿效应  32-34
  3.2 双层石墨烯的电子能带结构  34-36
  3.3 石墨烯堆栈的电子能带结构  36-37
  3.4 本章小结  37-38
第4章 石墨烯实现 Nd:YVO_4激光器被动调 Q 的研究  38-47
  4.1 石墨烯作为可饱和吸收体的研究  38-39
  4.2 石墨烯实现 1064 nm 激光的被动调 Q  39-44
    4.2.1 实验装置  39-41
    4.2.2 实验结果  41-42
    4.2.3 实验结果分析  42-44
  4.3 石墨烯实现 1342 nm 激光的被动调 Q  44-46
    4.3.1 实验装置  44
    4.3.2 实验结果及分析  44-46
  4.4 实验结果的对比分析  46
  4.5 本章小结  46-47
第5章 石墨烯实现 Nd:YVO_4双波长激光被动调 Q 的研究  47-56
  5.1 实验装置  47-48
  5.2 Nd:YVO_4晶体双波长运转的理论分析  48-51
    5.2.1 Nd:YVO_4晶体的发射谱线  48-49
    5.2.2 双波长运转理论分析  49-51
  5.3 Nd:YVO_4双波长激光器连续运转的实验研究  51-53
  5.4 石墨烯实现 Nd:YVO_4双波长激光调 Q 运转  53-55
    5.4.1 实验装置  53
    5.4.2 实验结果与分析  53-55
  5.5 本章小结  55-56
第6章 石墨烯实现 Nd:YAG 激光被动锁模的研究  56-58
  6.1 实验装置  56
  6.2 石墨烯实现 1064nm 激光的被动锁模运转  56-57
  6.3 实验结果分析  57
  6.4 本章小结  57-58
第7章 总结  58-59
参考文献  59-64
致谢  64-65
个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果  65

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 光电子技术、激光技术 > 激光技术、微波激射技术 > 激光器
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