一、Mid-Infrared Lasers With Low Threshold and Photodetectors(论文文献综述)
刘茜美[1](2021)在《基于大调制深度光子器件的超快光学特性研究》文中进行了进一步梳理超快光纤激光器由于其具有的低热效应、高脉冲能量和优秀的时空分辨率等优点吸引了众多科研人员的关注,到目前为止,基于光纤.激光器的超短脉冲技术不仅在材料加工、飞秒时间光谱、纳米级成像等领域具有重要地位,而且还极大地推动了相关学科的创新发展。目前,已提出了基于可饱和吸收体、非线性偏振旋转、八字形腔等多种实现超短脉冲输出的方法,在其中,可饱和吸收体(SA)是被认为产生从皮秒到飞秒范围超短脉冲经济有效的方法。近年来,已有众多SA在超快光子学领域表现出出色的非线性光学特性,但制备高性能的新型SA,进一步提高光纤激光器的性能仍是待需努力的方向。本文着眼于高稳定性、窄脉冲光纤激光器的研究,通过材料设计、改善制备方法等手段制备具有高损伤阈值、大调制深度的新型SA,提升光纤激光器的稳定性。同时,在可饱和效应的基础上结合非线性偏振旋转技术,实现更精细的偏振态调节,在保证窄脉宽的同时,产生具有高功率的超短脉冲。具体研究内容如下:(1)基于WTe2 SA的锁模光纤激光器。通过磁控溅射技术与拉锥光纤相结合的方法制备了 WTe2 SA,其调制深度为37.95%,相应的非线性吸收系数为-3.78×10-5 cm/W。随后,利用WTe2 SA实现了锁模光纤激光器,其锁模阈值为244 mW,在泵浦功率为630 mW时,获得了最短脉冲宽度为164 fs、信噪比为75 dB的稳定锁模脉冲。(2)基于SnSSe的光纤激光器。使用化学气相沉积法制备了SnSSe薄膜并对其进行了一系列表征,将薄膜转移到光纤套圈的中心位置制成了 SnSSe SA,该SA的调制深度高达57.5%。搭建了中心波长在1550 nm附近的调Q激光器,其输出Q开关序列的最短脉冲持续时间和最大输出功率分别为547.8 ns和11.14 mW。随后,继续优化激光腔内色散和非线性,实现了基于SnSSe SA的锁模光纤激光器,输出超短脉冲具有158.6 fs的最短脉冲宽度,该实验表明了 SnSSe在产生超短脉冲方面的潜力。(3)基于CoOF的锁模光纤激光器。由快速热退火法制备了CoOF纳米片,将纳米片转移到锥形光纤的腰锥区域合成了调制深度为56.79%的CoOF SA。基于CoOF SA的锁模光纤激光器中心波长为1562 nm,输出脉冲具有20 mW的最大平均输出功率和156 fs的最小脉冲宽度,该实验结果表明了 CoOF在超快光子学中应用的可行性。
董璐璐[2](2020)在《新型Nd:SrLaAlO4晶体的激光特性测量及在甲烷检测中的应用研究》文中研究表明自世界第一台红宝石激光器诞生以来,激光器件已在国家安全、前沿科学研究、大气监测、医学治疗及精密工业加工等领域展现出不可替代性。全固态激光器因体积小、稳定性高等特点,在高脉冲能量、高峰值功率品质要求方面成为激光器件研究的重点。不同的激光运转方式对激光增益介质提出的要求不同,如高功率连续波激光器要求增益介质具有较大的发射截面和较高的热导率;调Q激光器要求其具有较长的上能级寿命;超快激光器要求其具备超宽的增益带宽等。因此,探索和研究具备优异物化、机械、光谱等特性的新型激光增益介质的研究工作成为材料和激光技术领域的研究热点之一。本论文以新型Nd:SrLaAlO4晶体为研究对象,通过探索生长工艺,制备出了高质量单晶,全面测量其热学和光谱等物化性质,系统地研究了 Nd:SrLaAlO4晶体连续波、调Q、宽带可调谐及飞秒激光器件特性。在此基础上,利用光参量振荡技术(OPO),实现了中红外波段可调谐激光输出,并通过搭建气体检测系统,实现了对大气中CH4浓度的高准确度快速检测。取得的研究成果如下:(1)探索晶体生长工艺,制备了高质量Nd:SrLaAlO4单晶,对晶体的热学及偏振光谱特性进行了系统测量与表征。通过对密度、比热、热膨胀和热扩散等系数的测量,计算得到晶体热导率为4.67 W/(m·K),该数值接近商用Nd:YVO4晶体的热导率;测量了晶体的偏振吸收和发射光谱,并利用J-O理论计算得到其偏振吸收和发射截面,该晶体在1.07μm处其受激发射截面为5.5× 10-20cm2,发射半峰宽约为34 nm。测量结果表明,Nd:SrLaAlO4晶体是一种优异的激光增益介质,适合于波长可调谐和超快激光器件。(2)研究了 Nd:SrLaAlO4晶体的连续波及调Q激光输出特性。在连续波激光运转下,测量得到最大输出功率为3.54 W,光-光转换效率达到46.4%。以Cr4+:YAG晶体作为可饱和吸收体,实现了重复频率48.5 kHz,脉冲宽度12.6 ns的调Q脉冲激光输出;利用液相剥离法制备了新型ReSe2可饱和吸收镜,测量其Raman光谱、AFM微观形貌及非线性可饱和吸收特性,并实现了多层ReSe2可饱和吸收的高重频脉冲激光输出,测量得到最高脉冲重复频率和最短脉冲宽度分别为553 kHz和109 ns,表明二维ReSe2电子-空穴的超快驰豫时间有利于产生高重复频率脉冲激光。(3)系统测量了 Nd:SrLaAlO4晶体可调谐激光的波长调谐范围及输出功率。在输出镜透过率为3%时,获得了 1063-1095 nm的调谐激光输出,调谐范围达到32 nm,最高输出功率为1.49 W。实验结果表明通过双折射滤光片来调节腔内不同纵膜损耗,Nd:SrLaAlO4晶体可以实现稳定的双波长及三波长激光输出,从而在差频产生太赫兹波方面具有很好的应用潜力。(4)研究了 Nd:SrLaAlO4晶体超快激光输出特性。通过合理设计谐振腔结构,优化腔内色散补偿量,成功实现了 Nd:SrLaAlO4晶体飞秒超快激光输出,测量得超短脉冲宽度为458 fs,最大输出功率为520 mW,脉冲重复频率为78.5 MHz。(5)以Nd:SrLaAlO4晶体调Q激光作为泵浦源,搭建了中红外波段激光气体检测系统,成功实现了大气中CH4气体浓度的高准确度、快速检测。测得大气中甲烷的平均浓度为1.90ppm,标准差为0.03 ppm。此外,该中红外波长可调谐激光光源还可以进一步实现对其他气体(CO、CO2等)的浓度检测。
王梦宇[3](2020)在《超高Q值微腔耦合系统的模式相互作用及非线性光学效应研究》文中研究表明回音壁模式光学微腔(微腔)具有极高的品质因子Q值,在腔动力学、非线性光学、高灵敏度传感、光电子器件等领域有着广阔的应用前景。微腔的模式场分布受腔型、微腔和波导折射率、耦合方式和波长影响;模式场分布决定了谐振腔的光谱特性。由于微腔具有超高Q值,在腔内很容易形成很强的电磁场,从而诱导非线性光学效应。因此,微腔与波导的耦合及其相互作用对微腔光学谐振性能和非线性光学效应起着重要作用。本文针对多种微腔的腔型与谐振特性和耦合效应关系开展研究,重点研究波导和多种形状的光学微腔耦合过程中产生的模式相互作用和光学微腔的非线性光学效应。这些工作将对微腔的设计和应用有重要的意义和价值。具体的研究内容如下:(1)以微球腔为基础平台,通过精细选择微球腔与光纤锥波导的耦合间隙,调控了谐振模式的激发,对欠耦合、临界耦合和过耦合三种耦合状态下的模式耦合特性进行了系统研究。实验上测得的谐振光谱与电磁场理论得到的基模谐振点呈现基本一致,尤其通过优化耦合状态获得了超高Q值(>108)。(2)研制了具有微管结构的单模腔。利用电弧放电制备了新型的高质量微管腔。发现采用微管腔结构可以抑制高阶模式,易于获得模式谱清晰的单模输出。为研究微腔的光谱特性提供了一个良好平台。研究了光纤锥波导中的多种模式耦合干涉后产生的法诺Fano谐振效应,通过改变波导直径和输入光的偏振态,实现了周期性规律的动态法诺Fano谐振线型。为微腔系统在传感、非线性效应等应用提供了新思路。(3)实验验证了微锥腔和微管腔的可调谐性能。通过选择不同的耦合点位置实现谐振频率的连续可调。通过调控谐振模式,实现了法诺Fano谐振和电磁诱导透明EIT效应转换。利用微管腔腔型中的凸起结构精细调谐控了多个谐振模式,得到了相位变化的Fano谐振线型,并且同时调控了电磁诱导透明EIT和Fano谐振两种模式耦合效应。展示的结果不仅可用来提升传感灵敏度和增强非线性光学效应,而且可应用于多通道的光开光器件、多通道光通信以及多通道量子信息处理器件。(4)系统地研究了超高Q值石英微腔系统中的非线性光学效应,激发出受激拉曼散射(SRS)、受激布里渊散射(SBS)、以及四波混频(FWM)等非线性效应,基于多种机制的相互作用产生了稳定的光频梳。首先,验证了产生非线性效应的低阈值特性,得到了窄带宽、高增益、高信噪比的SRS激光,并通过控制温度得到了可调谐拉曼激光,温度调谐灵敏度约为13.59 pm/℃;其次,一阶SBS激光与二阶SBS激光频移量分别为11.03 GHz与22.07 GHz,对微波信号源应用具有很大的推动作用;最后,不仅得到了两种不同模式展宽下的FWM效应,光频梳展宽范围达到250 nm以上,而且观察到了基于SBS和SRS效应进一步作用的FWM效应。更为丰富的多波长光源在精密距离测量、光谱测量、基于分子特征谱的气体探测和生物传感中极具应用价值。(5)系统地研究了超高Q值氟化钙晶体微腔系统中的非线性光学效应,激发出SRS、SBS、以及FWM等非线性效应,通过在方位角方向上加工精细的结构得到了干净的拉曼FWM效应。研发了一套精密加工系统来制备氟化钙晶体微腔,所制得的腔体形状为回转椭球体。综合分析了制备工艺、表面粗糙度以及外部耦合对Q值的影响,得到微腔结构边缘的表面粗糙度低至1.98nm,Q值高达108量级。提出了针对晶体微腔的封装器件,可直接集成于各类光电子器件中。在稳定的封装平台上展示了晶体微腔中几种非线性效应,其中,一阶SBS激光阈值约为49 mW,二阶SBS激光阈值约为102.6 mW,频移量分别为12.01 GHz与24.02 GHz,并且一阶SBS激光信噪比达到36.2 dB。此外,观察到了多模拉曼FWM效应,并通过加工精细的结构减小了高阶模式产生,得到了干净的拉曼FWM效应。在稳定封装平台上激发的几种低阈值非线性效应,大大扩展了激光器的频段,分别在光通信、生物环境监测、激光科学、光谱分析、微波信号源等领域中具有很大的应用价值。
武柏屹[4](2020)在《微下拉法生长高质量YAG和YSGG激光单晶光纤及其应用技术研究》文中进行了进一步梳理激光技术在军事国防、工业加工、日常生活等关键领域都具有广泛而不可替代的作用。随着激光技术的发展,激光器向着高功率、大能量、集成化、小型化、低成本方向发展。目前,传统的激光装置已经不能满足新场景、高性能的要求。以玻璃光纤激光器为代表的“第三代激光器”经过多年的研制,激光性能已经逐渐接近或赶超传统的激光系统。然而,由于石英玻璃光纤热导率低、适用波段窄、相干合成系统复杂等不足,使得玻璃光纤在实现高功率激光时会出现严重的热效应及非线性效应。目前,单根玻璃光纤激光输出极限为36.6kW,而这一限制会影响其在高功率、大能量、集成化、小型化需求下的进一步发展。因此,寻找新型高增益、低造价的激光增益介质进而突破现有技术瓶颈成为了当前激光材料领域的研究重点。激光单晶光纤作为一种介于体块晶体和玻璃光纤间的新型一维激光增益材料,兼顾了传统体块晶体材料的高增益以及玻璃光纤良好的散热性等优势,具有极限输出功率高、激光效率高、光束质量好等优点,有望解决固体激光器目前所遇到的功率限制。近年来,单晶光纤材料及器件的研究随着多种新型激光单晶光纤增益介质的研发与产业化,呈现出火热的发展态势。美国、法国、日本、俄罗斯、中国等国家也已相继设立单晶光纤相关的重点研究项目。目前YAG单晶光纤生长已经得到了较多报道,也实现了高效的“百瓦级”激光输出。但与此同时,单晶光纤目前仍然有较多基础问题需要解决。目前,国内外对单晶光纤研究主要集中在高质量单晶光纤纤芯的制备,国际上有多种可行的单晶光纤生长方法,如何对现有方法进行探索改进,寻找高效便捷的单晶光纤生长方法。此外,单晶光纤兼顾体块单晶和玻璃光纤的特点,但目前国际上对单晶光纤激光还停留在借鉴模仿阶段。所以在单晶光纤激光研究中,如何完善单晶光纤激光概念,充分发挥单晶光纤材料独有优势,是单晶光纤材料制备迈向器件应用的重要一步。我国在单晶光纤领域的研究起步较晚,单晶光纤作为新型激光增益基质,相关研究仍处于初期探索阶段,单晶光纤纤芯生长、装置改造、包层设计、质量评估、器件探索及性能优化等都需要进一步研究。其中,高质量单晶光纤的制备是实现激光应用的重要前提。本论文从技术应用到装备制造出发,针对单晶光纤在高功率激光和中红外激光方面的突出优势,选用高质量Y3A15012(YAG)及Y3Sc2Ga3012(YSGG)单晶光纤作为研究对象,以国家相关重点领域突破要求为牵引,对晶体生长方法、设备改进、生长工艺探索及优化、晶纤质量评价表征、晶纤加工及器件应用进行了系统探索,成功开展了晶纤核心缺陷、元素掺杂设计相关研究工作。此外,本论文首次报道了 Er,Nd:YSGG单晶光纤的设计与制备以及其光谱性能的探索与表征。本论文主要的研究内容和相关结论如下:Ⅰ.系统总结了激光陶瓷、激光玻璃及激光晶体的研究现状及发展趋势本论文从不同激光材料的结构特点出发,系统综述了激光陶瓷、激光玻璃及激光晶体等激光增益介质材料的制备方法、性能特点及研究现状,总结了实现高功率,大能量激光发展对增益介质材料的要求。着重对玻璃光纤和单晶光纤增益材料的概念、应用及发展趋势进行了概述,提出了本论文的研究意义、目的和内容。Ⅱ.工艺设备优化及Nd:YAG单晶光纤生长采用微下拉法进行了 Nd:YAG单晶光纤的生长研究,根据生长特点及材料特性,我们从坩埚设计、温场模拟、单晶光纤质量控制、籽晶选用等多方面对高质量大长径比单晶光纤生长技术开展了相关探索。利用自主搭建的高温单晶光纤生长炉,通过防震腔及流动气氛的引入,结合前期探索,分别以Nd:YAG多晶料及单晶料为原料成功制备出直径800 μm-1 mm,长度可达100 mm的高质量Nd:YAG单晶光纤。通过激光测微仪表征,光纤直径波动小于5%,表面光滑,透明无包裹物。通过X射线劳埃背反衍射仪及He-Ne激光系统等测试,证明优化生长的单晶光纤具有较高的光学质量,为后期单晶光纤应用于高功率激光系统提供了坚实的材料基础。Ⅲ.YAG单晶光纤定向生长及核心缺陷研究利用微下拉法生长单晶光纤的优势,采用定向籽晶生长技术,以<111>定向籽晶、<100>偏<110>15°定向籽晶及<100>定向籽晶成功生长了不同取向的YAG单晶光纤。通过对其加工后进行光学质量表征,系统地研究了籽晶定向及生长界面对晶体核心的影响,优化生长出了高光学质量单晶光纤。在获得高质量单晶光纤的基础上,对单晶光纤特征性能进行了表征,主要有:单晶性测试、直径起伏测试、稀土离子分布测试、光学质量表征及光学损耗等。测试结果证明高长径比单晶光纤为完整的单晶;端面为规则的圆形;稀土掺杂离子在晶纤中分布均一,光学质量良好,光学损耗较低。这些表征共同支撑起高质量单晶光纤质量表征体系,也同样为后期晶体的激光应用提供了便利。Ⅳ.基于Nd:YAG单晶光纤器件性能研究通过选用高质量1at./%Nd:YAG单晶光纤,设计并加工了 Nd:YAG激光元件,与山东大学何京良教授课题组合作开展了 Nd:YAG在1064 nm处连续激光输出实验。通过对晶体质量筛选及激光系统优化,最终实现了 8.32 W连续激光输出,斜效率为45.5%。这也是国内首次报道在1 μm处实现YAG单晶光纤的连续激光输出。与国际现有研究结果相比,该元件不仅实现了接近国际最高的53%的输出效率,同时,其光束质量因子M2=1.13也优于相关Nd:YAG单晶光纤报道,证明了该元件可以兼顾高输出效率与高光束质量。是实现新型高功率、高效率、高损伤阈值的潜力材料。与国防科学技术大学合作开展了 Nd:YAG模块在皮秒激光放大器应用研究,通过对晶纤稀土离子掺杂浓度及晶纤长度参数进行优化,证明了 0.3at.%Nd:YAG单晶光纤优异的放大性能,其放大器输出功率可达2.2 W,放大倍率达到2.2倍,而通常体块晶体不超过1.5倍。此外,种子光光束质量在通过晶体放大后仍维持在较高的水平,晶体内部光学质量较好,并且较低的掺杂离子浓度使得放大系统更加稳定,没有出现很强的热效应。目前该类单晶光纤放大模块被法国Fibercryst公司垄断,国际相关单晶光纤放大研究多依赖于其Taranis系列商品,该模块价格昂贵,并且无法根据需求来设计模块产品。而本论文中报道了单晶光纤在皮秒激光放大器应用的研究、器件及性能测试,成功实现了高重频短脉宽皮秒激光放大研究,其2.2倍激光放大性能也达到国际先进水平。该项研究也填补了国内单晶光纤材料相关领域的空白,推动了国内单晶光纤自主研制和应用推广。其优异的器件性能表明,Nd:YAG单晶光纤材料在光纤放大器领域具有良好的应用潜力。Ⅴ.Er:YSGG单晶光纤生长及基本性能表征单晶光纤的优势之一是可以选用合适的基质材料进行多种稀土离子掺杂从而获得目标波段的激光输出,相比于传统玻璃光纤在中红外波段较大的损耗,Er:YSGG单晶光纤在中共外波段损耗较小,并具有低的声子能量、高的掺杂离子浓度、传输损耗低和大的长径比等特点,使得其成为实现中红外激光输出的合适基质材料。利用微下拉单晶生长技术首次生长了 30at.%Er:YSGG单晶光纤,直径2mm,长度可达80 mm,晶纤透过率较高。XRF测试其Er3+离子浓度为28%,计算出Er3+在YSGG晶纤中的分凝系数接近于1,有利于设计生长高长径比高质量单晶光纤。此外,通过对晶体生长气氛的选择以及生长速度的调控,系统研究并优化了晶体生长过程中Ga2O3挥发所引起的缺陷,提高了晶体质量。Er:YSGG有望成为单晶光纤在中红外波段探索拓展的潜力材料。Ⅵ.Er,Nd:YSGG单晶光纤生长及Nd3+对3.0 μm光谱性能影响研究根据对Er3+和Nd3+能级分析,设计生长了 Er,Nd:YSGG单晶光纤,以解决Er3+激光系统中极易发生的自终态效应及低的吸收效率等问题。生长不同掺杂浓度的晶纤,通过对吸收光谱,发射光谱,荧光寿命进行对比分析。系统研究了 Nd3+对Er:YSGG在3.0 μm波段光谱性能的影响。优化后的双掺晶纤,将其Er:YSGG下能级寿命从6.05 ms,降至0.384 ms和0.245 ms,大大减少下能级Er3+:4I13/2粒子数布局,从而有利于实现粒子数反转。Nd3+离子在共掺体系中表现为敏化效应和退激活效应,能有效提高晶纤对泵浦能量的吸收,并抑制Er3+激光在3.0μm激光运转中出现的自终止瓶颈。Nd3+离子的引入很大程度上改善了 Er:YSGG在3.0μm波段性能,Er,Nd:YSGG单晶光纤将在高功率中红外激光输出中发挥重要的作用。
廖小瑜,曹俊诚,黎华[5](2020)在《太赫兹半导体激光光频梳研究进展》文中指出光频梳由一系列等间距、高稳定性的频率线组成.由于具有超高频率稳定性和超低相位噪声,光频梳在精密光谱测量、成像、通信等领域具有重要应用.在太赫兹波段,基于半导体的电抽运太赫兹量子级联激光器具有大功率输出、宽频率覆盖范围等特点,是产生太赫兹光频梳的理想载体.本文主要介绍基于太赫兹半导体量子级联激光器光频梳的研究进展,详细列举了自由运行、主动稳频和被动稳频模式下产生光频梳的方法.双光梳光谱可以克服传统太赫兹光谱仪需要机械扫描系统而难以实现实时光谱检测的难题,是光频梳应用的主要方向.在光频梳基础之上,本文还介绍了采用两个太赫兹量子级联激光器产生双光梳的方法和应用.
付悦[6](2020)在《微纳光电材料的三阶非线性光学性质及等离子体高次谐波研究》文中指出随着激光技术的日益提高,基于非线性光学理论的研究逐渐趋于完善,有关非线性光学材料的研究也引起了科学家越来越多的关注。开发和研究具有更强的非线性光学效应的材料对激光器、光调制器和光开关等光电器件的发展和应用具有重要价值。无论贵金属还是金属化合物都会由于其纳米结构导致的量子尺寸效应而具有与块体材料不同的非线性光学性质,因此金属及金属化合物纳米材料的性质引起了科研人员的浓厚兴趣,对于开发微纳光电器件的重要也日益显现出来。同时金属及金属化合物与强场激光相互作用的非线性光学性质丰富了科学发展的领域。当高强度飞秒激光脉冲与激光烧蚀产生的等离子体相互作用时,由于高阶非线性极化而产生高次谐波现象。在本论文中,我们利用Z扫描技术、泵浦探测技术对贵金属金纳米粒子,硫化银量子点以及有机无机杂化和全无机钙钛矿薄膜三类典型的微纳光电材料的非线性吸收和非线性折射性质依托飞秒,皮秒以及纳秒脉冲激光进行了系统的分析。利用激光烧蚀三类材料产生等离子体诱导高次谐波发射,并对其产生的高次谐波现象和产生机制进行了分析讨论。具体研究工作包括以下几个方面:1.系统研究了粒径尺寸对金纳米粒子三阶非线性光学性质的影响。通过控制还原剂的用量制备出不同尺寸的金纳米粒子悬浮液,并对样品进行了基本表征。随着纳米粒子尺寸的增加,吸收峰出现明显的红移。通过Z扫描技术研究了金纳米粒子溶液粒径与非线性吸收和非线性折射的变化关系。随着入射能量的变化,金纳米粒子在800 nm波段因其产生的反饱和吸收而产生光限幅效应,光限幅阈值为2μJ。这一现象说明金纳米粒子可以在眼睛防护,脉冲整形和主动锁模等方面有很好的应用前景。同时,烧蚀金纳米粒子产生的等离子体羽流的高次谐波发射产生了25阶的强谐波,谐波强度比块体材料在相同实验条件下高五倍,证明金纳米粒子是有效的产生高次谐波的靶材。2.系统研究了小尺寸量子点(QDs)分散液及量子点构成的薄膜的非线性光学特性。我们制备了平均尺寸为4 nm,溶液浓度为0.375 mg ml-1和0.125 mg ml-1的硫化银(Ag2S)QD分散液,研究了在800 nm和400 nm波段,200 ps和60 fs脉冲下的非线性光吸收和非线性光折射特性,同时研究了脉冲宽度对分散液的正负非线性折射系数的影响。Ag2S QD含量较低的分散液在800 nm,60 fs下,入射光能量为0.82.5μJ范围内表现出光限幅效应。研究了Ag2S QD分散液在400 nm,60 fs下的载流子动力学,研究表明,主要的动力学过程为电子-声子和声子-声子相互作用,其对应弛豫时间常数分别为1.7和6.9 ps。3.制备了均匀的80和500 nm Ag2S QD薄膜,并利用开孔及闭孔Z扫描研究了薄膜厚度对非线性光学特性的影响。与Ag2S QD分散液样品相比,Ag2S QD薄膜的非线性光学系数增强了三到六个数量级。在400 nm,30 fs激发下研究了80 nm和500 nm薄膜的瞬态吸收,经拟合计算两种薄膜的衰减时间分别为150和245 fs。在烧蚀Ag2S QD薄膜产生的等离子体中发现了高次谐波生成,阶次达到23阶。通过对QD的等离子体扩散动力学进行分析,优化加热脉冲和驱动脉冲之间的时间延迟,提高了谐波转换效率。4.系统研究了有机无机杂化钙钛矿和全无机钙钛矿(MAPbX3,X=Cl,Br,I)薄膜的非线性光学性质。首先对MAPbI3薄膜进行了基本表征,之后制备了具有倍增效应的光电探测器并对其光电性质进行了表征。利用800 nm,40 fs下的开孔Z扫描发现MAPbCl3和MAPbBr3薄膜的非线性吸收过程主要为双光子吸收,非线性吸收系数β分别为(1.5±0.4)×10-8 cm W-1和(5±1.2)×10-8 cm W-1,而MAPbI3薄膜主要为饱和吸收,饱和吸收强度为8×1011 W cm-2,非线性吸收系数为(5±1.2)×10-7 cm W-1。我们还优化了全无机钙钛矿(CsPbX3)薄膜制备方法,在400 nm,35 fs下对前驱体溶液及薄膜的非线性吸收和非线性折射进行了研究。5.对强激光场驱动下烧蚀有机无机杂化钙钛矿MAPbCl3单晶的等离子体高次谐波进行研究,产生了23阶的高次谐波发射。同时,为更好的理解多原子靶材产生高次谐波的机制,对制备单晶所用的MACl,PbCl2粉末和MACl/PbCl2等量混合粉末分别进行了高次谐波研究。通过调控加热激光和驱动激光脉冲之间的时间延迟,对含有多粒子等离子体产生高次谐波机制进行了分析探讨。
黄钊[7](2020)在《基于光学超材料的场局域效应研究》文中研究表明光学超材料是一种由规律排列的电磁单元所构成的人工材料,能够对电磁波的振幅、相位和偏振等物理特性进行调控,产生许多常规材料中不存在的物理现象,场局域效应就是其中非常重要的一种。场局域效应能够限制电磁场的分布,提高区域内的电磁场强度,显着增强了光与物质的相互作用,是超材料对电磁波进行调控的关键基础。因此,场局域效应具有重要的研究意义,并且在能源、信息和健康等领域展现出巨大的应用价值。然而,受限于超材料的构成材料、单元结构和设计方法,当前有关场局域效应的实现手段和调控方法的研究中还存在着一些挑战。本论文针对存在的问题,以实现和调控场局域效应为目标开展了一系列研究。论文首先结合新型材料和新型结构提出了三种光学超材料,系统地研究了场局域效应的实现机理、调控方式以及其在光电探测和生物检测等领域的潜在应用,随后制备了工作在红外波段的碳化硅超表面,最后对超材料的反向设计问题进行了探索。论文的主要内容包括:(1)基于二维材料石墨烯设计了石墨烯光子晶体结构。通过传输矩阵法和有限元方法对石墨烯光子晶体的能带关系、禁带范围和反射相位进行了研究。研究结果表明,石墨烯光子晶体的禁带范围与石墨烯的位置呈三角函数关系,与石墨烯的化学势呈线性关系,界面处的反射相位具有超过4π的变化范围。场局域效应能够通过将两块石墨烯光子晶体拼接成异质结构实现。通过改变石墨烯的位置和化学势,场局域效应的频率能够在禁带范围内任意调节。(2)基于极性材料碳化硅设计了圆环超表面。通过有限元方法和准静态近似对超表面的反射特性和谐振模式进行了研究。研究结果表明,在797 cm-1(12.5μm)到973cm-1(10.3μm)的频率(波长)范围内,通过激发四个表面声子谐振模式,超表面产生了场局域和场增强效应并表现出红外吸收的特性。谐振模式的品质因子在150以上,局域场强度比自由空间高2到3个量级。通过改变碳化硅圆环的尺寸能够对超表面的谐振频率进行调节,使谐振频率覆盖835 cm-1(11.9μm)到970 cm-1(10.3μm)的频率(波长)范围。(3)通过微纳加工工艺制备了碳化硅圆环超表面。工艺流程包括:热蒸镀、电子束光刻、电子束蒸镀、电感耦合等离子体刻蚀和反应离子刻蚀。在热蒸镀步骤中,通过将钛沉积到碳化硅基底上,提高了基底的导电性,能够在电子束光刻步骤中得到精确的光刻胶图案。傅立叶红外光谱仪测试结果表明碳化硅超表面能够在特定频率对红外光进行吸收。(4)设计了硅圆环超表面,通过有限元方法对超表面的反射特性和谐振模式进行了研究。研究结果表明,超表面在可见光波段具有两个反射峰,反射峰的频率能够被超表面的结构参数所调节,因此能够产生不同的颜色。提出了基于机器学习技术的反向设计策略,根据目标颜色实现超表面的定制。通过训练监督学习模型掌握了超表面的结构参数与颜色属性之间的关系,将训练好的监督学习模型应用于强化学习算法中,完成了超表面的反向设计。该反向设计策略在具有不同单元形状的超表面中均表现出很高的准确度和信赖度。
王延[8](2020)在《Littrow结构近红外外腔半导体激光器的研究》文中研究表明激光器在原子物理、高分辨率光谱、相干光通讯、激光雷达等领域都有很重要的应用,这些领域均要求激光器输出光可以调谐到某一个或者多个特定波长,因此,具有优良输出特性的可调谐半导体激光器已成为不可或缺的光学器件。单片集成激光器如分布式反馈(DFB)激光器、分布式布拉格反射(DBR)激光器、垂直腔表面发射激光器(VCSEL)等都是通过温度或者电流来实现波长的可调谐,调谐范围仅有几纳米,并且不能实现连续调谐。可调谐外腔半导体激光器(ECDL)避免了上述问题,通过调谐外腔中的光学元件实现可调谐,最大连续可调谐范围可达到几十纳米,同时实现窄线宽输出。外腔半导体激光器具有结构简单、可调谐范围大、光电转换效率高、高边模抑制比(SMSR)等优点。本文制备了不同输出波段的Littrow结构的外腔半导体激光器,通过设计特殊结构的增益芯片及调谐光学元件,优化激光器的输出特性,为可调谐外腔半导体激光器更广泛的应用提供了理论基础及实验证据。具体的研究内容及实验结果如下:(1)、外延生长InGaAs/GaAs双尺寸量子点,波导结构采用渐变折射率分离限制异质结构;并制备了量子点外腔半导体激光器。该激光器可实现第一激发态激发,由于高能态具有更高的简并度,可容纳更多的电子,因此具有高输出功率。当注入电流为500 mA时,最大输出功率可达到120 mW,激光器的可调谐范围为28.9 nm(970.1999 nm),输出波长为988.3 nm时光谱线宽可低至0.2 nm,边模抑制比为35 dB。量子点外腔半导体激光器在调谐波长为982.6 nm时阈值电流最低,最低阈值电流为2.75 kA/cm2。衍射光栅位置不变,逐渐增加电流,量子点外腔半导体激光器具有很好的波长稳定性。其中,调谐波长为995 nm时,波长的变化率约为0.7 nm/A。(2)、研究了1550 nm Littrow结构外腔半导体激光器输出特性的影响因素。首先以光束为轴旋转光栅,使光束偏振方向从垂直光栅刻线方向(强反馈)变成与光栅刻线方向成一定的角度(弱反馈),光栅的旋转使一阶衍射效率降低,进而降低了反馈光强度,从实验中观察到:在强反馈条件下,输出光光谱具有明显的残余反馈,导致在低电流条件下输出光的边模抑制比较低,最高边模抑制比仅为47 dB;而通过偏振失配实现的弱反馈模式,可以有效的消除残余反馈现象,边模抑制比可高达54 dB。两种输出模式均可实现单纵模、宽范围可调谐。300 mA时,弱反馈模式最大调谐范围为130.9 nm,最低阈值电流为84 mA,由于光反馈强度较弱,最大输出功率为5.5 mW;强反馈模式的最大调谐范围为161.2 nm,最低阈值电流为50 mA,最大输出功率可达到49.9 mW。弱反馈模式半导体激光器光谱纯净、单模输出且具有宽可调谐的特性,可应用于有相关要求的领域。其次,研究了光栅常数变化对外腔半导体激光器性能的影响。当光栅刻线密度从600 lines/mm增加到1200 lines/mm时,激光器的边模抑制比从47 dB增加到65 dB,可调谐范围从161.2 nm增加到209.9 nm,两种激光器的线宽分别为0.07 nm及0.05 nm。实验证明,适当提高光栅刻线密度可提高外腔半导体激光器的边模抑制比及可调谐范围。由于光栅刻线密度越大,角色散越大,提高了光栅分辨率,外腔半导体激光器具有更高的边模抑制比及更宽的可调谐范围。
马瑞[9](2019)在《光纤随机激光模式调控与应用研究》文中认为光纤随机激光器作为一种新型的光纤激光器,近十多年来受到广泛的关注与研究。作为对传统随机激光器的延续发展,光纤随机激光器将一维光纤结构中的多重散射效应作为有效的光学反馈机制,配合非线性增益,在不需要传统谐振腔的结构中产生独特的随机激光现象。从最早光子晶体光纤中填充混有纳米散射颗粒的激光染料形成的光纤随机激光,到随机分布的光纤光栅结构构成的相干反馈光纤随机激光,再到基于传统商用标准单模光纤中分布式瑞利散射构成的分布反馈式光纤随机激光,光纤随机激光器的发展经历了从相干反馈到非相干反馈,从强无序散射结构到弱无序结构的过程,并最终在非相干反馈光纤随机激光器领域发展壮大,带动了诸如高功率/高效率、窄线宽、宽谱可调谐光纤随机激光器的丰富发展,并在光纤传感、超长距离光纤通信等领域得以应用。光纤随机激光器的发展也从起初光谱、功率特性的研究,逐渐拓展到偏振态、新波长、时域特性、非线性机制、多模特性的研究。纵观光纤随机激光器的发展历史,绝大多数的研究工作集中在连续光运转和单横模激发的前提下,这是因为受限于光纤随机激光器中随机散射形成的开放结构,很难基于传统谐振腔机理产生脉冲型随机激光,以及受制于常用的单模光纤作为激射载体,虽然降低了激射阈值但也阻碍了对多模特性的分析和研究。因而,目前对于更复杂的光纤随机激光脉冲产生、多横模激发等研究尚属起步阶段,仍有大量基础问题亟待解决和丰富发展。本论文紧跟光纤随机激光器发展的前沿动态,聚焦于对光纤随机激光模式调控特性的研究,从纵模的波长、时域脉冲、谱宽特性,以及横模的低空间相干性特性多个角度入手,研究分析模式调控的新机理,并以无散斑成像照明为切入点重点研究多横模光纤随机激光器的应用。本论文的主要研究内容总结如下:(1)研究了相干反馈机制下有源光纤随机激光器的模式调控特性,从激射波长的稳定,到激射波长的选择,以及产生时域脉冲等角度对光纤随机激光的输出特性进行调控。相干反馈机制的有源光纤随机激光器基于空间随机分布的光纤光栅阵列提供随机谐振反馈,因而具有产生随机激射所需光纤长度短、阈值低、结构紧凑、存在丰富的随机谐振等特点,也正因为如此,该类型光纤随机激光器由于强烈的模式竞争效应以输出波长随时间强烈变化为典型特点,因而对该类型光纤随机激光器的模式调控具有重要科学意义。我们首次提出通过引入外部控制光照射在随机分布光纤光栅阵列上引入局部增益微扰,在特定的控制光注入位置激光器的输出表现为稳定单峰的随机激光激射,并通过改变注入光的位置有效调节激射波长,为稳定和调控相干反馈光纤随机激光器的运行提供了新思路。此外,利用相干反馈光纤随机激光器存在的丰富的谐振特性,通过引入基于石墨烯的可饱和吸收体,首次实现了该类型光纤随机激光器的调Q锁模脉冲产生,通过分析谐振频率发现了局域模式与全局模式共振的运转机理,为脉冲型光纤随机激光的产生以及时域模式特性的规整提供了新思路。(2)开展了基于光纤随机激光泵浦的超连续谱产生的研究。基于瑞利散射反馈机制的光纤随机激光器具有得天独厚的开放结构,不依赖于波长选择器件,具有超宽谱的有效反馈,为了充分发掘该开放结构激射过程的带宽特性,我们引入非线性光纤,结合调制不稳定等非线性效应,采用光纤随机激光激发超连续谱过程,通过泵浦功率的改变可以有效调控输出带宽。光纤随机激光作为泵浦源与超连续谱激发的桥梁,可以将位于正常色散区的激光转换为超连续谱,并充分利用全开放结构的优势,获得全谱段、平坦的超连续谱。此外,通过增强分布式瑞利散射效应和有效降低开放结构激射阈值,我们首次在后向传输方向获得了超连续谱产生,通过时域动态特性分析,发现后向超连续谱具有较低的时域相对强度波动,可以用来实现具有低噪声的宽谱光源。(3)将光纤随机激光的研究拓展到多横模的维度,重点研究了多模光纤随机激光器的散斑效应及其在无散斑成像照明领域的应用。传统单模或少模光纤的使用限制了对光纤随机激光多横模特性的研究,此外基于大芯径多模光纤激射的高阈值特性也阻碍了多模光纤随机激光器的发展。我们将单模光纤随机激光结构与超大芯径阶跃折射率多模光纤结合,获得了具有极低空间相干性的多模光纤随机激光。研究表明,多模光纤随机激光除具有满足无散斑成像照明要求的低空间相干性,更得益于其激射过程带来的高光谱密度而优于传统多模非相干光源。为了满足光学相干断层扫描等成像系统对宽谱光源的需求,我们也研究了超连续谱在多模光纤中的退相干特性,并与此同时揭示了光谱宽度、光纤芯径、光纤长度对降低空间相干性的贡献,为获得高效的退相干效果提供指导。传统光纤随机激光器最大的优势是结构简单以及易于高功率/高效率输出,我们研究了大功率多模光纤随机激光的散斑特性,基于主振荡功率放大器结构获得了约56 W的高功率多模光纤随机激光,并揭示了功率增加可以激发有效横模,从而进一步降低空间相干性的现象。(4)基于上述关于多模随机激光无散斑成像的实验研究,为了解释散斑对比度对多模光纤输出光场变化的依赖关系以及激光功率增加带来的空间相干性降低这些实验现象,深入理解多模光纤中模式数、模式功率分配等对散斑形成的影响,我们回归多模光纤的模式分析本源开展了理论研究。通过理论计算大芯径阶跃折射率多模光纤支持的横模电场分布,根据光纤模式分解和组成的原理,给每一阶横模施加特定的模式系数,从而调控整体的模式组成,灵活地研究模式数、不同阶数模式对最终模场形成的影响。并通过引入随机相位调制,模拟散斑形成的过程,通过对散斑图样散斑对比度的分析,研究不同模式组成对多模光纤输出空间相干性的影响。结果表明不同阶数模式对散斑形成的贡献是不一致的,低阶模式对应的散斑对比度明显小于高阶模式,因而整体模式的散斑对比度最低值出现在低阶模式功率占优但整体模式之间功率相对均匀的条件。这一工作对设计、优化、调控多模光纤输出端的空间相干性提供了理论指导。
张儒鹏[10](2019)在《单纵模Ho:LLF激光器正交偏振动力学理论研究》文中研究表明2 μm波段正交偏振固体激光器可以输出偏振态相互垂直的线偏振激光,且处于大气窗口和人眼安全波段,在激光雷达探测等领域有着重要的应用背景。尤其是单纵模正交偏振激光发射源,当两个互相垂直的线偏振模式进行开关切换时,延迟偏振开关动力学过程直接影响着系统的稳定工作状态。而且,正交偏振模式下输出脉冲的时间同步性和能量均衡性问题,亦是应用技术中关心的重要基础问题。本论文针对谐振泵浦Ho3+:LiLuF4(Ho:LLF)晶体2μm波段正交偏振固体激光器,理论研究单纵模正交偏振激光输出的延迟偏振开关动力学和正交偏振脉冲同步与交替输出特性。研究了偏振光泵浦单纵模Ho:LLF激光器在连续波运转下的延迟偏振开关特性。考虑激光晶体的光学各向异性,给出了半经典矢量激光动力学模型。分析了泵浦偏振阶跃式瞬时切换和渐变式切换下所引起的激光偏振开关的延迟动力学响应,讨论了系统参数对延迟时间的影响。在泵浦偏振渐变式切换中,发现激光偏振开关动力学存在严重的偏振模竞争作用。指出了光注入方法可以显着缩减偏振开关的延迟时间,同时有助于抑制甚至消除偏振开关过程中严重的偏振模竞争效应。研究了偏振光泵浦单纵模Ho:LLF激光器在Cr:ZnS被动调Q运转下的正交偏振脉冲输出特性。考虑激光腔的光学各向异性和晶体双折射作用,给出了半经典的调Q矢量激光动力学模型。在不同的泵浦偏振角度下,分析了两个垂直偏振方向上的脉冲输出特性,以及泵浦偏振角瞬时切换下的脉冲延迟开关特性。讨论了泵浦偏振切换发生在脉冲间隔内的不同时刻,可以诱发输出脉冲产生不同的现象和行为。在泵浦偏振渐变式切换操作下,发现了在脉冲延迟动力学过程中,两个正交偏振激光模式之间的耦合与模式竞争作用,为获得单纵模正交偏振激光脉冲的交替输出提供了物理机理。研究了Cr:ZnS被动调Q单纵模Ho:LLF激光器的正交偏振脉冲同步与交替输出特性。基于半经典调Q矢量激光动力学模型,针对两种不同切割方式的Cr:ZnS可饱和吸收体,考虑到晶体的晶轴与腔的本征轴之间的不同取向作用,讨论了两个正交偏振模脉冲输出的时间同步性和交替输出问题。采用特定取向切割的Cr:ZnS晶体,保持晶体的晶轴与腔的本征轴夹角为45°,当泵浦偏振角为45°或圆偏振光泵浦时,发现了正交偏振模式的脉冲序列可以产生时间同步输出。而泵浦偏振角在更一般的情况下,激光器的正交偏振脉冲序列普遍存在时间上的交替输出行为。讨论了正交偏振脉冲交替输出的能量比和时间间隔的调控方法,为实际应用提供可行方案。本论文研究结果为设计开发2 μm波段单纵模正交偏振脉冲激光发射源提供了物理基础和技术指导。
二、Mid-Infrared Lasers With Low Threshold and Photodetectors(论文开题报告)
(1)论文研究背景及目的
此处内容要求:
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景,再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题,并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例:
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
(2)本文研究方法
调查法:该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法:用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法:通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法:通过调查文献来获得资料,从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法:依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法:对研究对象进行“质”的方面的研究,这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法:通过具体的数字,使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法:运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法:这是社会科学用来分析社会现象的一种方法,从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法:通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、Mid-Infrared Lasers With Low Threshold and Photodetectors(论文提纲范文)
(1)基于大调制深度光子器件的超快光学特性研究(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
第一章 绪论 |
1.1 引言 |
1.2 超短脉冲激光的产生及发展 |
1.3 可饱和吸收体的发展状况 |
1.4 二维纳米材料超快非线性光学特性研究进展 |
1.5 二维材料调制深度与非线性特性的关系 |
1.6 本论文研究内容 |
第二章 基于二维纳米材料的脉冲光纤激光器相关理论 |
2.1 超短脉冲形成的关键技术 |
2.1.1 调Q原理 |
2.1.2 锁模原理 |
2.2 二维纳米材料的光学特性 |
2.2.1 线性吸收特性 |
2.2.2 非线性可饱和吸收特性及测量技术 |
2.3 二维纳米材料可饱和吸收体制备技术 |
2.4 本章小结 |
第三章 基于二碲化钨(WTe_2)可饱和吸收体的光纤激光器实验研究 |
3.1 二碲化钨概述 |
3.2 二碲化钨可饱和吸收体的制备与表征 |
3.3 基于二碲化钨可饱和吸收体的被动锁模光纤激光器 |
3.4 本章小结 |
第四章 基于硒硫锡(SnSSe)可饱和吸收体的光纤激光器实验研究 |
4.1 硒硫锡概述 |
4.2 硒硫锡可饱和吸收体的制备与表征 |
4.3 基于硒硫锡可饱和吸收体的被动调Q光纤激光器 |
4.4 基于硒硫锡可饱和吸收体的被动锁模光纤激光器 |
4.5 本章小节 |
第五章 基于氟氧化钴(CoOF)可饱和吸收体的光纤激光器实验研究 |
5.1 氟氧化钴概述 |
5.2 氟氧化钴可饱和吸收体的制备与表征 |
5.3 基于氟氧化钴可饱和吸收体的被动锁模光纤激光器 |
5.4 本章小结 |
第六章 总结与展望 |
6.1 工作总结 |
6.2 创新点 |
6.3 工作展望 |
参考文献 |
致谢 |
攻读学位期间取得的研究成果 |
(2)新型Nd:SrLaAlO4晶体的激光特性测量及在甲烷检测中的应用研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
1 绪论 |
1.1 锁模技术 |
1.2 锁模激光的发展 |
1.3 宽带增益介质 |
1.4 论文中相关的饱和吸收体 |
1.5 CH_4气体浓度检测技术 |
1.6 本论文主要研究内容 |
2 Nd:SrLaAlO_4晶体的生长方法及热学、光谱特性测量 |
2.1 晶体的生长方法 |
2.2 热学性质测量与表征 |
2.3 光谱性质测量 |
2.4 本章小结 |
3 连续波及调Q激光特性测量 |
3.1 被动调Q激光理论 |
3.2 Nd:SrLaAlO_4/Cr~(4+):YAG 1.07 μm调Q激光特性测量 |
3.3 Nd:SrLaAlO_4/ReSe_2调Q激光特性测量 |
3.4 本章小结 |
4 可调谐激光器件设计及调谐特性测量 |
4.1 可调谐激光器的实现方法及发展 |
4.2 宽带激光输出特性测量 |
4.3 Yb,Nd:ScSiO_5晶体可调谐激光器性能表征 |
4.4 本章小结 |
5 超短脉冲的产生及测量 |
5.1 克尔效应 |
5.2 色散及补偿技术 |
5.3 超快激光稳腔设计 |
5.4 超快激光器输出特性测量 |
5.5 本章小结 |
6 CH_4气体检测应用 |
6.1 气体检测方法 |
6.2 中红外检测光源的设计与实现 |
6.3 甲烷气体远程遥测系统研究 |
6.4 甲烷气体遥测实验 |
6.5 本章小结 |
7 总结与展望 |
7.1 研究内容和主要结论 |
7.2 创新点 |
7.3 今后研究工作展望 |
参考文献 |
作者简历 |
致谢 |
学位论文数据集 |
(3)超高Q值微腔耦合系统的模式相互作用及非线性光学效应研究(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
第一章 绪论 |
1.1 研究背景 |
1.2 回音壁模式光学微腔 |
1.3 研究现状 |
1.3.1 光学微腔耦合系统中的模式相互作用研究现状 |
1.3.2 光学微腔中的非线性光学应用研究现状 |
1.4 主要研究内容及目标 |
1.5 论文章节安排 |
第二章 光学微腔的表征参数和耦合特性 |
2.1 光学微腔的表征参数 |
2.1.1 光学微球腔的模式场分布 |
2.1.2 品质因子Q |
2.1.3 自由频谱范围FSR |
2.1.4 模式体积V |
2.1.5 色散D |
2.2 光学微腔耦合特性 |
2.2.1 微球腔与波导的相位匹配关系 |
2.2.2 微球腔与波导间的耦合模理论 |
2.3 耦合探测系统搭建 |
2.3.1 光学微球腔的制备 |
2.3.2 光纤锥波导的制备 |
2.3.3 耦合探测系统 |
2.4 微球腔的谐振光谱特性 |
2.5 本章小结 |
第三章 几种典型石英微腔的谐振光谱特性 |
3.1 微瓶腔的谐振光谱特性 |
3.1.1 微瓶腔的制备 |
3.1.2 微瓶腔的模式场分布特性 |
3.1.3 微瓶腔的谐振光谱特性分析 |
3.1.4 微瓶腔的模式选择特性 |
3.2 微管腔的谐振光谱特性 |
3.2.1 微管腔的制备 |
3.2.2 微管腔的模式场分布特性 |
3.2.3 微管腔的谐振光谱特性分析 |
3.2.4 微管腔的模式选择特性 |
3.3 微锥腔的谐振光谱特性 |
3.3.1 微锥腔的制备 |
3.3.2 微锥腔的模式场分布特性 |
3.3.3 微锥腔的可调谐特性分析 |
3.4 本章小结 |
第四章 晶体微腔的谐振光谱特性 |
4.1 引言 |
4.2 超精密加工技术 |
4.2.1 晶体微腔的制备 |
4.2.2 制备工艺流程 |
4.3 晶体微腔的模式场分布特性 |
4.4 表面粗糙度测量 |
4.5 晶体微腔的谐振光谱特性 |
4.5.1 粗抛和精抛后的谐振光谱特性分析 |
4.5.2 品质因子Q值统计 |
4.5.3 品质因子Q值分析 |
4.6 本章小结 |
第五章 模式耦合过程中的相互作用 |
5.1 引言 |
5.2 动态法诺Fano谐振线型 |
5.2.1 理论模型 |
5.2.2 周期性法诺Fano谐振线型 |
5.3 单个微腔中的模式耦合 |
5.3.1 理论模型 |
5.3.2 微锥腔中的模式耦合 |
5.4 单个微腔中的多模式耦合 |
5.4.1 理论模型 |
5.4.2 微管腔中的多模式耦合 |
5.5 本章小结 |
第六章 基于光学微腔的非线性光学效应 |
6.1 引言 |
6.2 耦合结构封装器件 |
6.2.1 微瓶腔耦合结构封装器件及测试 |
6.2.2 晶体微腔耦合结构封装器件及测试 |
6.3 非线性效应测试系统 |
6.4 受激拉曼散射SRS效应 |
6.4.1 理论模型 |
6.4.2 微瓶腔中的SRS效应 |
6.4.3 可调谐拉曼激光 |
6.5 受激布里渊散射SBS效应 |
6.5.1 理论模型 |
6.5.2 微瓶腔中的SBS效应 |
6.5.3 晶体微腔中的SBS效应 |
6.6 四波混频FWM效应 |
6.6.1 理论模型 |
6.6.2 微瓶腔色散管理 |
6.6.3 四波混频FWM效应 |
6.6.4 光频梳效应 |
6.6.5 布里渊FWM效应与拉曼FWM效应 |
6.7 本章小结 |
第七章 总结与展望 |
7.1 内容总结与主要贡献 |
7.2 后续工作展望 |
参考文献 |
致谢 |
在读期间取得的研究成果 |
(4)微下拉法生长高质量YAG和YSGG激光单晶光纤及其应用技术研究(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
第一章 绪论 |
1.1 引言 |
1.2 激光增益介质概述 |
1.3 单晶光纤材料 |
1.3.1 单晶光纤概念及特点 |
1.3.2 单晶光纤生长方法及包层研究 |
1.3.3 单晶光纤发展现状 |
1.4 微下拉单晶生长技术(μ-PD) |
1.4.1 微下拉法概述 |
1.4.2 微下拉法单晶生长技术研究 |
1.5 本论文的选题意义、目的及主要研究内容 |
1.6 参考文献 |
第二章 实验中使用的仪器、试剂及测试方法 |
2.1 单晶光纤生长影响因素 |
2.2 实验试剂、测试方法及条件 |
2.2.1 实验试剂 |
2.2.2 单晶光纤质量评价 |
2.2.3 元素组成分析 |
2.2.4 光学性质 |
第三章 Nd: YAG单晶光纤生长及性能表征 |
3.1 引言 |
3.2 微下拉单晶生长设备 |
3.3 Nd: YAG单晶生长 |
3.3.1 多晶料合成 |
3.3.2 设备改进及工艺优化 |
3.3.3 定向籽晶生长与加工 |
3.3.4 溶胶凝胶法制备单晶光纤包层 |
3.4 晶体质量表征 |
3.4.1 单晶结晶性能测试 |
3.4.2 直径起伏测试 |
3.4.3 离子分布测试 |
3.4.4 光纤损耗测试 |
3.4.5 光学质量表征 |
3.5 YAG晶体中应力集中区(核心)研究 |
3.5.1 YAG晶体应力核心研究 |
3.5.2 减小单晶光纤应力核心的探索 |
3.6 本章小结 |
3.7 参考文献 |
第四章 Nd: YAG单晶光纤连续激光输出及激光放大应用 |
4.1 引言 |
4.2 单晶光纤连续激光输出 |
4.2.1 实验装置 |
4.2.2 激光实验 |
4.3 双程激光放大实验 |
4.3.1 实验装置 |
4.3.2 激光实验 |
4.4 本章小结 |
4.5 参考文献 |
第五章 Er: YSGG单晶光纤的生长及性能表征 |
5.1 引言 |
5.2 单晶生长 |
5.2.1 多晶料合成 |
5.2.2 生长条件探索及工艺优化 |
5.2.3 晶胞参数测试 |
5.3 晶体质量表征 |
5.3.1 单晶性能测试 |
5.3.2 离子浓度分布 |
5.3.3 光学质量表征 |
5.3.4 光谱性能表征 |
5.4 本章小结 |
5.5 参考文献 |
第六章 共掺Nd~(3+)对Er:YSGG单晶光纤3μm光谱性能影响 |
6.1 引言 |
6.2 晶体生长 |
6.3 热学性能表征 |
6.4 Nd~(3+)敏化效应研究 |
6.4.1 吸收光谱分析 |
6.4.2 发射光谱分析 |
6.5 Nd~(3+)退激活效应研究 |
6.5.1 荧光寿命分析 |
6.5.2 Nd~(3+)退激活作用机理 |
6.6 本章小结 |
6.7 参考文献 |
第七章 总结与展望 |
7.1 论文总结 |
7.2 论文创新点 |
7.3 有待开展的工作 |
致谢 |
攻读学位期间发表的学术论文 |
攻读学位期间所获荣誉与奖励 |
攻读学位期间参加的会议 |
攻读学位期间参与的项目 |
附件 |
学位论文评阅及答辩情况表 |
(6)微纳光电材料的三阶非线性光学性质及等离子体高次谐波研究(论文提纲范文)
摘要 |
abstract |
第1章 绪论 |
1.1 引言 |
1.2 非线性光学原理 |
1.2.1 非线性吸收 |
1.2.2 非线性光折射 |
1.2.3 光限幅作用机理 |
1.3 微纳光电材料特性及其光学非线性研究进展 |
1.3.1 金纳米粒子 |
1.3.2 硫化银半导体量子点 |
1.3.3 卤化金属钙钛矿 |
1.4 高次谐波产生的原理及研究进展 |
1.4.1 三步模型 |
1.4.2 高次谐波的研究进展 |
1.5 本论文的研究意义及主要工作 |
1.5.1 本论文的研究意义 |
1.5.2 本论文的主要工作 |
第2章 非线性光学特性测量技术及实验系统 |
2.1 引言 |
2.2 Z扫描实验技术 |
2.2.1 Z扫描实验装置 |
2.2.2 Z扫描方法测试非线性吸收率 |
2.2.3 Z扫描方法测试非线性折射率 |
2.3 泵浦探测实验简介 |
2.4 光限幅实验简介 |
2.5 激光等离子体相互作用产生高次谐波的实验装置 |
2.6 本章小结 |
第3章 金纳米粒子尺寸效应的非线性光学性质及等离子体高次谐波 |
3.1 引言 |
3.2 金纳米粒子的制备及基本特性表征 |
3.2.1 金纳米粒子的制备 |
3.2.2 金纳米粒子的基本特征表征 |
3.3 尺寸对金纳米粒子非线性光学的影响 |
3.3.1 非线性吸收研究 |
3.3.2 非线性折射研究 |
3.4 金纳米粒子的光学限制作用 |
3.5 金纳米粒子薄膜的载流子超快动力学研究 |
3.6 金纳米粒子的等离子体高次谐波研究 |
3.7 本章小结 |
第4章 硫化银量子点的非线性光学性质及等离子体高次谐波 |
4.1 引言 |
4.2 材料制备与表征 |
4.2.1 样品制备 |
4.2.2 基本表征 |
4.3 Ag_2S QD超快动力和光学非线性 |
4.3.1 Ag_2S QD分散液光学非线性 |
4.3.2 Ag_2S QD薄膜光学非线性 |
4.3.3 超快动力学及光限幅 |
4.4 Ag_2S QD薄膜的高次谐波 |
4.5 本章小结 |
第5章 卤化钙钛矿薄膜的光学非线性性质和等离子体高次谐波 |
5.1 引言 |
5.2 有机无机杂化卤化钙钛矿薄膜的制备,表征及电学性质 |
5.2.1 有机无机杂化钙钛矿薄膜的制备 |
5.2.2 基本表征 |
5.2.3 有机无机钙钛矿探测器的制备 |
5.2.4 钙钛矿光电探测器的性能表征 |
5.3 全无机钙钛矿薄膜的制备及基本表征 |
5.3.1 全无机钙钛矿薄膜的制备 |
5.3.2 基本表征 |
5.4 钙钛矿的光学非线性 |
5.4.1 有机-无机杂化钙钛矿的光学非线性 |
5.4.2 全无机钙钛矿的光学非线性 |
5.5 MAPbCl_3 单晶的高次谐波 |
5.6 本章小结 |
第6章 总结与展望 |
6.1 本论文的总结 |
6.2 本论文的创新点 |
6.3 未来工作展望 |
参考文献 |
致谢 |
作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果 |
(7)基于光学超材料的场局域效应研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
1 绪论 |
1.1 引言 |
1.2 场局域效应概述 |
1.3 光子晶体中场局域效应的研究进展 |
1.4 超表面中场局域效应的研究进展 |
1.5 场局域效应的意义和应用 |
1.6 本论文的研究内容 |
1.7 理论与数值计算方法 |
1.8 本论文的结构安排 |
2 石墨烯光子晶体中的场局域效应 |
2.1 引言 |
2.2 石墨烯光子晶体的能带结构 |
2.3 石墨烯光子晶体的禁带特性 |
2.4 石墨烯光子晶体异质结中的界面态 |
2.5 斜入射情况下的界面态 |
2.6 杂层存在时的界面态 |
2.7 本章小结 |
3 碳化硅圆环超表面中的场局域效应 |
3.1 引言 |
3.2 碳化硅材料的介电常数 |
3.3 碳化硅圆柱超表面的红外特性 |
3.4 碳化硅圆环超表面的红外反射谱 |
3.5 碳化硅圆环超表面的谐振特性 |
3.6 碳化硅圆环超表面谐振频率的变化规律 |
3.7 谐振特性的准静态近似分析 |
3.8 碳化硅复合结构超表面 |
3.9 本章小结 |
4 碳化硅圆环超表面的制备与表征 |
4.1 碳化硅超表面的制备步骤 |
4.2 碳化硅圆环超表面的形貌表征 |
4.3 碳化硅圆环超表面的反射谱测试 |
4.4 反射谱测试结果分析 |
4.5 本章小结 |
5 硅圆环超表面的颜色特性及其反向设计 |
5.1 引言 |
5.2 硅圆环超表面的颜色特性 |
5.3 超表面反向设计框架 |
5.4 建立数据集 |
5.5 训练监督学习模型 |
5.6 后向核脊回归与强化学习算法 |
5.7 反向设计在硅金字塔超表面中的应用 |
5.8 本章小结 |
6 总结与展望 |
致谢 |
参考文献 |
附录 1 攻读博士学位期间发表论文目录 |
(8)Littrow结构近红外外腔半导体激光器的研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第1章 绪论 |
1.1 可调谐外腔半导体激光器研究意义及背景 |
1.2 可调谐半导体激光器分类及应用 |
1.2.1 DFB型和DBR型可调谐激光器 |
1.2.2 可调谐垂直腔表面发射激光器 |
1.2.3 可调谐外腔半导体激光器 |
1.2.4 可调谐半导体激光器对比分析 |
1.2.5 可调谐外腔半导体激光器的主要应用 |
1.3 外腔半导体激光器的研究进展 |
1.3.1 量子阱结构外腔半导体激光器的研究进展 |
1.3.2 量子点结构外腔半导体激光器的研究进展 |
1.4 本论文的研究目的与研究工作 |
第2章 可调谐外腔半导体激光器基本原理 |
2.1 外腔半导体激光器的线宽 |
2.2 外腔半导体激光器的阈值电流 |
2.3 腔面镀AR膜对外腔半导体激光器性能的影响 |
2.3.1 对P-I曲线的影响 |
2.3.2 对可调谐范围的影响 |
2.4 转动轴位置对外腔半导体激光器的影响 |
2.4.1 Littrow结构外腔半导体激光器 |
2.4.2 Littman结构外腔半导体激光器 |
2.5 本章小结 |
第3章 半导体增益芯片的MOCVD外延制备及结构表征方法 |
3.1 MOCVD(AIXTRON200-4)外延系统介绍 |
3.2 外延片的表征技术 |
3.2.1 扫描电子显微镜(SEM) |
3.2.2 光致发光(PL)测试 |
3.2.3 X射线衍射(XRD) |
3.3 双尺寸分布InGaAs/GaAs量子点外延结构的生长工艺 |
3.4 本章小结 |
第4章 Littrow结构双尺寸量子点外腔半导体激光器 |
4.1 研究背景 |
4.2 量子点增益芯片的结构及测试结果分析 |
4.3 量子点外腔半导体激光器及其测试结果 |
4.4 本章小结 |
第5章 Littrow结构量子阱外腔半导体激光器 |
5.1 研究背景 |
5.2 外腔半导体激光器的结构与原理 |
5.3 强、弱光反馈对外腔半导体激光器特性的影响 |
5.4 光栅刻线密度对外腔半导体激光器的影响 |
5.5 本章小结 |
第6章 总结与展望 |
6.1 全文总结 |
6.2 研究展望 |
参考文献 |
附录 英文缩略词列表 |
表I 专业术语的英文缩略词列表 |
致谢 |
作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果 |
(9)光纤随机激光模式调控与应用研究(论文提纲范文)
摘要 |
abstract |
第一章 绪论 |
1.1 光纤随机激光器研究背景 |
1.1.1 随机激光器的发展历程 |
1.1.2 光纤随机激光器的发展历程 |
1.1.2.1 填充型光纤随机激光器 |
1.1.2.2 随机光栅型光纤随机激光器 |
1.1.2.3 瑞利散射型光纤随机激光器 |
1.2 连续输出型光纤随机激光器研究进展 |
1.2.1 高功率/高效率光纤随机激光器研究进展 |
1.2.2 窄线宽光纤随机激光器研究进展 |
1.2.3 多阶、宽谱、新波长光纤随机激光器研究进展 |
1.2.4 基于新光纤的光纤随机激光器研究进展 |
1.2.5 基于光纤随机激光应用研究进展 |
1.3 脉冲输出型光纤随机激光器研究进展 |
1.3.1 基于主动调控的脉冲输出型光纤随机激光器研究进展 |
1.3.2 基于被动调控的脉冲输出型光纤随机激光器研究进展 |
1.4 少模、多模光纤随机激光器研究进展 |
1.5 论文研究意义及结构安排 |
第二章 光纤随机激光器的理论模型 |
2.1 光纤随机激光相关物理现象 |
2.1.1 光纤随机激光反馈机制 |
2.1.1.1 瑞利散射 |
2.1.1.2 光纤光栅反射 |
2.1.2 光纤随机激光增益机制 |
2.1.2.1 受激拉曼散射增益 |
2.1.2.2 受激布里渊散射增益 |
2.1.2.3 有源光纤增益 |
2.2 基于瑞利散射的光纤随机激光器理论分析模型 |
2.3 基于光纤光栅的光纤随机激光器理论分析模型 |
2.4 本章小结 |
第三章 有源光纤随机激光的模式调控 |
3.1 光纤随机激光相干和非相干反馈机制 |
3.2 相干反馈光纤随机激光器的全光模式选择 |
3.2.1 随机分布光纤布拉格光栅阵列的设计与制备 |
3.2.2 相干反馈光纤随机激光器结构 |
3.2.3 相干反馈光纤随机激光器自由运转状态 |
3.2.4 相干反馈光纤随机激光器全光控制状态 |
3.3 相干反馈光纤随机激光器的准锁模脉冲实现 |
3.3.1 准锁模光纤随机激光器装置及核心器件 |
3.3.2 准锁模光纤随机激光器的工作原理 |
3.3.3 准锁模光纤随机激光器实验结果 |
3.3.4 准锁模光纤随机激光器数值分析 |
3.4 本章小结 |
第四章 光纤随机激光泵浦的超连续谱生成 |
4.1 连续光的调制不稳定性效应 |
4.2 光纤随机激光泵浦的全开放结构超连续谱生成 |
4.2.1 开放光纤结构中随机激光泵浦超连续谱产生装置 |
4.2.2 开放光纤结构中随机激光泵浦超连续谱输出特性分析 |
4.3 基于光纤随机激光泵浦的后向传输低噪声超连续谱生成 |
4.3.1 光纤随机激光泵浦的后向超连续谱生成装置 |
4.3.2 光纤随机激光泵浦的后向超连续谱实验结果 |
4.3.3 光纤随机激光泵浦的后向超连续谱运转机理讨论 |
4.4 本章小结 |
第五章 低空间相干性光纤随机激光器及成像应用 |
5.1 基于多模光纤随机激光的无散斑成像研究 |
5.1.1 多模光纤随机激光的无散斑成像实验装置 |
5.1.2 多模光纤随机激光的无散斑成像实验结果 |
5.2 用于无散斑成像的光纤超连续谱光源退相干过程 |
5.2.1 光纤超连续谱光源退相干实验装置 |
5.2.2 光纤超连续谱光源退相干实验结果分析 |
5.3 高功率低空间相干性光纤随机激光器 |
5.3.1 高功率低空间相干性光纤随机激光器实验装置 |
5.3.2 高功率低空间相干性光纤随机激光器实验结果 |
5.4 本章小结 |
第六章 多模光纤模式功率分配与散斑形成关系的研究 |
6.1 多模光纤模式分析仿真模型建立 |
6.2 仿真结果分析及讨论 |
6.3 本章小结 |
第七章 全文总结与展望 |
7.1 全文研究内容总结及主要贡献 |
7.2 后续工作展望 |
致谢 |
参考文献 |
攻读博士学位期间取得的成果 |
(10)单纵模Ho:LLF激光器正交偏振动力学理论研究(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
第1章 绪论 |
1.1 课题研究的背景及意义 |
1.2 正交偏振固态激光器的研究进展 |
1.3 本文主要研究内容 |
第2章 单纵模Ho:LLF激光器延迟偏振开关动力学分析 |
2.1 单纵模正交偏振激光动力学模型 |
2.1.1 工作原理与物理模型 |
2.1.2 物理参数分析 |
2.2 数值结果与讨论 |
2.2.1 偏振光泵浦下腔内激光偏振模式特性 |
2.2.2 泵浦偏振瞬时切换下的激光动力学行为 |
2.3 泵浦偏振切换速率对延迟偏振开关动力学影响 |
2.3.1 修正的激光动力学模型方程 |
2.3.2 物理参数说明 |
2.4 数值结果与讨论 |
2.5 本章小结 |
第3章 单纵模Ho:LLF激光器被动调Q偏振开关特性 |
3.1 被动调Q正交偏振激光动力学模型 |
3.2 物理参数分析 |
3.3 数值结果与讨论 |
3.3.1 腔内强双折射下的正交偏振脉冲输出特性 |
3.3.2 腔内弱双折射下的正交偏振脉冲输出特性 |
3.3.3 被动调Q脉冲输出的延迟偏振开关特性 |
3.4 本章小结 |
第4章 Ho:LLF激光器正交偏振脉冲同步与交替输出特性 |
4.1 物理模型及参数分析 |
4.1.1 Cr:ZnS晶体晶轴取向分析 |
4.1.2 物理参数分析 |
4.2 数值结果与讨论 |
4.2.1 [001]取向Cr:ZnS被动调Q脉冲偏振动力学 |
4.2.2 [111]取向Cr:ZnS被动调Q脉冲偏振动力学 |
4.3 本章小结 |
结论 |
参考文献 |
攻读学士学位期间发表的论文和取得的科研成果 |
致谢 |
四、Mid-Infrared Lasers With Low Threshold and Photodetectors(论文参考文献)
- [1]基于大调制深度光子器件的超快光学特性研究[D]. 刘茜美. 北京邮电大学, 2021(01)
- [2]新型Nd:SrLaAlO4晶体的激光特性测量及在甲烷检测中的应用研究[D]. 董璐璐. 山东科技大学, 2020
- [3]超高Q值微腔耦合系统的模式相互作用及非线性光学效应研究[D]. 王梦宇. 中国科学技术大学, 2020
- [4]微下拉法生长高质量YAG和YSGG激光单晶光纤及其应用技术研究[D]. 武柏屹. 山东大学, 2020(10)
- [5]太赫兹半导体激光光频梳研究进展[J]. 廖小瑜,曹俊诚,黎华. 物理学报, 2020(18)
- [6]微纳光电材料的三阶非线性光学性质及等离子体高次谐波研究[D]. 付悦. 中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所), 2020(08)
- [7]基于光学超材料的场局域效应研究[D]. 黄钊. 华中科技大学, 2020
- [8]Littrow结构近红外外腔半导体激光器的研究[D]. 王延. 中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所), 2020(07)
- [9]光纤随机激光模式调控与应用研究[D]. 马瑞. 电子科技大学, 2019(04)
- [10]单纵模Ho:LLF激光器正交偏振动力学理论研究[D]. 张儒鹏. 哈尔滨工程大学, 2019(04)