發(fā)布時間：2020-11-17 14:56

　　 超快激光技術(shù)及應用在現(xiàn)代科學技術(shù)中,是一個非常重要的研究領(lǐng)域,特別是飛秒激光的出現(xiàn)為人類探索世界提供了嶄新的技術(shù)手段。超短激光脈沖所具有的超高峰值功率以及超寬頻譜特性使其在軍事、工業(yè)、科研、通訊、環(huán)境、醫(yī)學、極端物理條件模擬等各個領(lǐng)域均有重要應用。可飽和吸收體是脈沖激光的核心器件之一,但是傳統(tǒng)半導體飽和吸收鏡(SESAM)的制備工藝復雜、成本高昂,吸收帶寬較窄,極大限制了 SESAM應用范圍。自從石墨烯被成功應用于脈沖激光器后,對類石墨烯二維(2D)層狀材料(例如:過渡金屬硫化物、黑磷、拓撲絕緣體)飽和吸收特性的研究引起了人們的強烈關(guān)注。受量子限域效應制約,層狀過渡金屬硫化物(TMDs)具有與體塊材料截然不同的物理性質(zhì)。而且大量研究表明:晶格排布方式、化學計量比和材料厚度都對二維TMDs的相態(tài)信息、能帶結(jié)構(gòu)和載流子吸收及超快馳豫過程有顯著影響,豐富多樣的結(jié)構(gòu)性質(zhì)使其在光電器件方面具有廣闊的應用前景。但本征TMDs材料的可飽和吸收效應相對較弱,調(diào)制參數(shù)的調(diào)節(jié)難度較高,需要對二維材料采取一些其他改性手段,使它們的調(diào)制深度及飽和強度等飽和吸收參數(shù)得到有效增強和更大程度的調(diào)控,同時進一步拓寬TMDs的光吸收帶寬,更好的滿足不同激光器的參數(shù)需求。針對目前二維TMDs光調(diào)制器在脈沖激光器件應用方面存在的不足和缺點,著手于新材料和新技術(shù)的探索,制備出成本更低、生長工藝更簡單、非線性飽和吸收效應更強、吸收帶寬更寬的新型可飽和吸收體。系統(tǒng)分析了不同相態(tài)的TMDs材料的可飽和吸收特性,通過合金化、異質(zhì)結(jié)兩種方式使其在脈沖激光器中的光調(diào)制能力得到有效增強,并將其應用于全固態(tài)超快脈沖激光器中,實現(xiàn)了高功率的飛秒激光輸出。對探索新型光電調(diào)制器件、推動全固態(tài)超快脈沖激光技術(shù)發(fā)展等多個方面都有具有非常重要的科學意義和應用價值。論文主要研究內(nèi)容如下:1.利用熱分解法分別制備了半導體相的WS2和MoS2薄膜,并結(jié)合開孔Z掃描技術(shù)和Ⅰ掃描技術(shù),對其飽和吸收特性展開系統(tǒng)研究。從理論上闡述了半導體過渡金屬硫化物的飽和吸收過程,利用WS2和MoS2飽和吸收體,分別實現(xiàn)了1.11 MHz/57.96 ns 和 0.71 MHz/155.4ns 的調(diào) Q 脈沖激光。(第二章)2.對具有金屬相3R-NbS2的能帶結(jié)構(gòu)、各向異性、線性光吸收、飽和吸收等光學性質(zhì)進行系統(tǒng)探索,討論了其光學吸收過程和飽和吸收效應產(chǎn)生機理,并利用液相剝離法制備的3R-NbS2飽和吸收鏡,分別在Nd:GdVO4和Yb:KYW激光器中實現(xiàn)了全固態(tài)納秒和飛秒激光脈沖輸出。(第三章)3.研究了不同陰離子構(gòu)成的MoSSe、同副族陽離子構(gòu)成的MoWSe2和異副族陽離子構(gòu)成的NbMoSe2三種過渡金屬硫化物合金材料的飽和吸收特性,并結(jié)合理論計算系統(tǒng)探究了元素比例與材料的電子輸運過程和光學性質(zhì),特別是非線性光學特性之間的關(guān)系。以過渡金屬硫化物合金材料作為光調(diào)制元件,成功實現(xiàn)了全固態(tài)納秒激光脈沖,并分析了具有不同飽和吸收參數(shù)的三元合金材料對激光器輸出性能的影響。此外,首次將MoSSe應用于Yb:KYW激光器中,實現(xiàn)了全固態(tài)飛秒激光脈沖輸出。(第四章)4.對半導體相過渡金屬硫化物MoS2與石墨烯Graphene復合而形成的G/MoS2范德華異質(zhì)結(jié)進行系統(tǒng)討論�；�于第一性原理,計算了不同MoS2層數(shù)的G/MoS2異質(zhì)結(jié)功函數(shù),并詳細討論了載流子的轉(zhuǎn)移過程。通過開孔Z掃描、Ⅰ掃描以及泵浦探測等方法對異質(zhì)結(jié)的非線性響應過程和載流子動力學過程分別進行分析。形成異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)后,材料的飽和吸收效應得到有效增強,載流子馳豫過程變快,首次實現(xiàn)了基于G/MoS2飽和吸收體的飛秒鎖模激光。在保證諧振腔結(jié)構(gòu)和晶體參數(shù)不變的情況下,用半導體吸收鏡SESAM進行對比實驗。(第五章)
【學位單位】：山東大學
【學位級別】：博士
【學位年份】：2020
【中圖分類】：TN248;TB34
【部分圖文】：

?山東大學博士學位論文???脈沖形成主要依賴于孤子鎖模機制（圖１－１?（ｄ）），慢飽和吸收體只在啟動和穩(wěn)定??鎖模階段發(fā)揮作用。飽和吸收體作為必不吋少的超快鎖模調(diào)制元件，它的物理與??光譜性質(zhì)對脈沖特性具有重要的影響。??／＾Ｔｏｓｓ?（ｂ）＼?ｌｏｓｓ＾－－?（ｃ）、＇?，，「〇ｓＳ?（ｄ）?＼?／?＂ｌｏｓｓ??ｇａｉｎ?；?｜?／Ｘ?ｇａｉｎ；?／?ｇａｉｎ；?／?９ａｉｎ?Ｊ；￣??ＪＬ?Ｌｉ．?Ｘ??ｔｉｍｅ?ｔｉｍｅ?ｔｉｍｅ?ｔｉｍｅ??圖１－１?ｎｊ＇飽和吸收體鎖模模型：（ａ）存在增益飽和的慢飽和吸收體鎖模；（ｂ）無增益飽??和的慢飽和吸收體鎖模；（Ｃ）孤子鎖模；（ｄ）快飽和吸收體鎖模??Ｆｉｇｕｒｅ?１－１?Ｔｈｅ?ｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌ?ｍｏｄｅｌｓ?ｏｆ?ｍｏｄｅ－ｌｏｃｋｉｎｇ?ｍｅｃｈａｎｉｓｍｓ：?（ａ）?ｓｌｏｗ?ｓａｔｕｒａｂｌｅ?ａｂｓｏｒｂｅｒ??ｍｏｄｅ－ｌｏｃｋｉｎｇ?ｗｉｔｈ?ｄｙｎａｍｉｃ?ｇａｉｎ?ｓａｔｕｒａｔｉｏｎ；?（ｂ）?ｓｌｏｗ?ｓａｔｕｒａｂｌｅ?ａｂｓｏｒｂｅｒ?ｍｏｄｅ－ｌｏｃｋｉｎｇ?ｗｉｔｈｏｕｔ??ｄｙｎａｍｉｃ?ｇａｉｎ?ｓａｔｕｒａｔｉｏｎ；?（ｃ）?ｓｏｌｔｉｏｎ?ｍｏｄｅ－ｌｏｃｋｉｎｇ；?（ｄ）?ｆａｓｔ?ｓａｔｕｒａｂｌｅ?ａｂｓｏｒｂｅｒ?ｍｏｄｅ－ｌｏｃｋｅｉｎｇ??有機染料是最早的可飽和吸收體，早在１９６６年［１６］，Ｌａｎｋａｒｄ和Ｓｏｒｏｋｉｎ就利??用花菁類染料作為飽和吸收體，在紅寶石激光器中實現(xiàn)了脈沖輸出。到目前為止，??能夠用于光調(diào)制的有機溶劑高達５００多種。隨半導體技術(shù)的發(fā)展和完善，具有一??定毒性和穩(wěn)定性差的有機

ｉｐ?－?２．２８?ｃＶ??■：?■?ｉ：??ｔ?￣Ｔ￣?＇??／ｉＪｌｌｒｕｖｉｏｌｃｔ?Ｖｉｓｉｂｌｅ?Ｉｎｌｒａｒｃｄ?Ｍｉｃｒｏｗａｖｅｓ?Ｒａｄｉｏ－ｗａｖｅｓ??（〇?Ｍ＼?５－６ｃＶ?（ｇ）?（ｈ）?ｉ｛－ＭｍｉｌｌｉａＫ?０．２Ｋ?ｃ＼??？ｖｗｖｖｗｗｗ．ｃｖｗｗ?ｏｏｏｏａｏｏｏｏ?？?＾４?＾?＼??＊＞＇?〇，，ｖ?＊??？？皤?參?．?Ｓｕｌｆ?Ｎ?ｉｃ？??ｗ＇Ｗ。Ｗ??＊?＊?？?Ｍ?ｌ！?？Ａ＾ＷＡ／Ｗ＼－?＼??圖１－２不同材料的響應波長范圍（ａ）石墨烯；（ｂ）過渡金屬硫化物；（ｃ）磷烯；（ｄ）??砷飾：（ｅ）銻鋪；（ｆ）氮化硼；（ｇ）?ＭＸｅｎｅ；?（ｈ）秘烯??Ｆｉｇｕｒｅ?１－２?Ｔｈｅ?ｓｐｅｃｔｒａｌ?ｒｅｇｉｏｎ?ｔｈａｔ?ｉｓ?ｃｏｖｅｒｅｄ?ｂｙ?２Ｄ?ｍａｔｅｒｉａｌｓ［４？ｌ．?（ａ）?Ｇｒａｐｈｅｎｅ；?（ｂ）?ＴＭＤｓ；?（ｃ）??Ｐｈｏｓｐｈｏｒｅｎｅ；?（ｄ）?Ａｒｓｅｎｅｎｅ；?（ｅ）?Ａｎｔｉｍｏｎｅｎｅ；?（ｆ）?ＢＮ；?（ｇ）?ＭＸｅｎｅ；?（ｈ）?Ｂｉｓｍｕｔｈｅｎｅ??５??

?山東大學博士學位論文???層本征ＭｏＳ２是禁帶寬度為１．８?ｅＶ的直接帶隙半導體，而少層ＭｏＳ２的禁帶寬度??減小至ｌ．２ｅＶ，且轉(zhuǎn)變?yōu)殚g接帶隙半導體＠１。單層ＰｔＳｅ２是禁帶寬度為１．２ｅＶ的??間接帶隙半導體，而塊狀ＰｔＳｅ２則變?yōu)榘虢饘俳Y(jié)構(gòu)［５Ｇ１。這是由于單層結(jié)構(gòu)的ＴＭＤｓ??對稱性發(fā)生變化，不具有層間耦合作用，量子限域效應逐漸表現(xiàn)出來，導致能帶??結(jié)構(gòu)和性質(zhì)發(fā)生質(zhì)變。??圖１－４?ＭＸ２的三維結(jié)構(gòu)示意圖??Ｆｉｇｕｒｅ?１－４?Ｔｈｒｅｅ－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ?ｒｅｐｒｅｓｅｎｔａｔｉｏｎ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｏｆ?ＭＸ２??不同金誠原子的配位場和ｄ電子數(shù)量各不相同，具有＋同的非鍵軌道填充情??況，ＴＭＤｓ可呈現(xiàn)出金屬、半金屬、半導體、超導體等性質(zhì)迥異的電學特性，在??特定條件下，不同電學性質(zhì)間還可實現(xiàn)相互轉(zhuǎn)化１Ｍ。像鉭原子這種部分非鍵軌??道填滿的材料會呈現(xiàn)出金屬性１而像鉬原子這種非鍵軌道被令部填滿的材料??會呈半導體性質(zhì)［５２】。因此，無論是從微觀電子能帶結(jié)構(gòu)上，還是從宏觀光電性??質(zhì)上翁，ＴＭＤｓ材料都具有較高的ｆｌ由度，能夠通過人工手段對材料性質(zhì)進行調(diào)??控和改性，最大程度發(fā)揮其優(yōu)異的光電特性，更好的滿足應用需求。??缺陷工程在ＴＭＤｓ的光學性質(zhì)、屯學性質(zhì)和催化活性等方面均有較好的調(diào)??控和增強作用。缺陷會束縛電子能態(tài)，使能帶結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，從而產(chǎn)生莫特相變??和安德森局域化等許多新穎有趣的物理現(xiàn)象｜５３１。在ＴＭＤｓ中引入缺陷，不僅能??實現(xiàn)直接帶隙向間接帶隙的轉(zhuǎn)變，禁帶寬度的變化，還能實現(xiàn)半導體－金屬之間??的相變。研究發(fā)現(xiàn)當Ｓ與Ｍｏ的原子化學計量比（Ｒ）小于２，含有大量Ｓ
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本文編號：2887634