【摘 要】
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在“智能制造”和“互联网+”新时代背景下,全固态脉冲激光器因其具有结构简单、结实耐用、维护方便、造价较低、输出功率高、脉冲能量强、重复频率高、光斑质量好和可选波长范围广等特点,在科研、国防、医疗、机械加工和精密制造等领域而获得广泛应用,同时这也对更简便获取优质激光的方法提出了新的挑战。激光被动调Q技术是获得优良脉冲激光的重要方法,而可饱和吸收器件在此技术中扮演着最关键的角色。近年来,随着各类新型二
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在“智能制造”和“互联网+”新时代背景下,全固态脉冲激光器因其具有结构简单、结实耐用、维护方便、造价较低、输出功率高、脉冲能量强、重复频率高、光斑质量好和可选波长范围广等特点,在科研、国防、医疗、机械加工和精密制造等领域而获得广泛应用,同时这也对更简便获取优质激光的方法提出了新的挑战。激光被动调Q技术是获得优良脉冲激光的重要方法,而可饱和吸收器件在此技术中扮演着最关键的角色。近年来,随着各类新型二维材料的接连兴起,石墨烯（Graphene）、过渡金属硫化物（TMDs）、拓扑绝缘体（TIs）和黑磷（BP）等二维材料因具有化学性质稳定、恢复时间快、损伤阈值高和适配光谱宽等特点,在脉冲固体激光器可饱和吸收体优化领域获得了成功应用。基于此背景,本论文围绕可饱和吸收器件展开工作,通过CVD方法制备MoS2可饱和吸收体,利用EBE方法蒸镀Ta2O5保护薄膜,并将其应用于全固态脉冲激光器调Q实验。论文的主要工作包括:1.在二维材料基本理论的基础上,深入探究了层状MoS2的晶格堆叠方式、能带结构和光学特性,随着层数的减少,MoS2二维材料的带隙宽度会不断增加,并由间接带隙转换为直接带隙,从而提升了其光电特性。其次,本文对CVD制备MoS2材料的生长机理进行探究,分析了载气气体质量流量、反应物用量配比和生长温度等工艺参数对成膜质量的影响。并在775℃恒温14min、20sccm氩气气氛下,利用过量升华硫粉还原MoO3的方法成功制备了不同形态的均匀少层MoS2薄膜。2.在对Ta2O5薄膜的研究进展和制备工艺进行汇总后,在实验室中通过EBE的方法,使用310mA小光斑电子束流轰击并熔化Ta2O5晶体,晶体气化后在300℃衬底基片上成功沉积了 157.5nm厚的致密Ta2O5薄膜。对该薄膜进行热退火处理后,在900℃的条件下生成了 β-Ta2O5高温相多晶结构,薄膜带隙提高至4.46eV,从而使薄膜更平整致密,光学透过率更高,为Ta2O5薄膜作为可饱和吸收体保护膜提供了实验支持。3.使用制备的Ta2O5/MoS2薄膜作为可饱和吸收器件,Nd3+:YAG作为工作物质,在全固态激光器中进行透射式短直腔调Q脉冲实验,成功获得了 57mW的稳定1064nm调Q脉冲激光输出,脉冲宽度513.4ns,重复频率571.14kHz,单脉冲能量99.8nJ,峰值功率194.39mW。
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