基于激光Z扫描的低维纳米材料的非线性吸收特性研究

作     者：史吉超 

作者单位：山东大学 

学位级别：硕士

导师姓名：李德春

授予年度：2019年

学科分类：07[理学] 070205[理学-凝聚态物理] 08[工学] 080501[工学-材料物理与化学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 0702[理学-物理学] 

主      题：非线性光学特性 单壁碳纳米管 CdSe/ZnS量子点 Z扫描技术 可饱和吸收体 

摘      要：纳米技术的进步,为激光的进一步提升带来了新的的曙光。纳米技术为非线性光学提供了许多新的纳米材料,这些材料具备优异的非线性吸收性能,能够很好的满足激光的应用;在光学性质方面,与传统的非线性光学材料相比,纳米材料对波长无选择性的吸收特性,使其成为可饱和吸收体的热门选择。本论文以两种典型的新型低维纳米材料单壁碳纳米管、CdSe/ZnS量子点为研究对象,对两种材料的非线性吸收特性进行了实验分析。本文对单壁碳纳米管（SWCNTs）分别使用十二烷基硫酸（SDS）和新型表面活性剂N,N-双（2-羟乙基）十二酰胺（DDA）处理,获得普通SWCNTs溶液和半导体性SWCNTs（s-SWCNTs）溶液,并对两种溶液进行拉曼光谱、吸收光谱的研究,利用Z扫描技术分析了两种SWCNTs溶液在lμm波段的非线性吸收差异。对于CdSe/ZnS量子点,配制CdSe/ZnS量子点与PMMA的聚合物,然后将聚合物旋涂转移到玻璃基板上,经恒温烘干获得CdSe/ZnS量子点薄膜,利用Z扫描研究了其可饱和吸收性能,并将其作为可饱和吸收体使用到全固态1微米激光器中,实现了脉冲激光器的稳定运转。论文主要工作如下:（1）简要分析了 SWCNTs的应用前景,介绍了 SWCNTs的制备方法和s-SWCNTs的提纯原理,通过添加DDA获得了纯净的s-SWCNTs溶液,利用Z扫描实验和数据拟合得到了普通SWCNTs溶液和s-SWCNTs溶液的饱和光强和TPA系数,其中,s-SWCNTs溶液的饱和光强为0.213 GW/cm2,TPA系数为0.29 cm/GW,普通SWCNTs溶液的饱和光强为0.295 GW/cm2,TPA系数为0.52 cm/GW。另外,s-SWCNTs溶液的非饱和损耗和调制深度通过实验确定为14%和8.6%,普通SWCNTs的非饱和损耗和调制深度分别为12%和5.2%。结果表明,s-SWCNTs具有较低的饱和强度和较大的调制深度,作为和饱和吸收体,s-SWCNTs将更有利于超短脉冲的产生。（2）介绍了 CdSe/ZnS量子点（QDs）的制备方法和应用,使用PMMA获得了 CdSe/ZnS QDs薄膜,对CdSe/ZnS QDs的微观形貌和光学性能进行表征,通过Z扫描探究了 CdSe/ZnS QDs的非线性过程,结果显示CdSe/ZnS QDs在1微米波段具有很强的可饱和吸收特性。最后将CdSe/ZnS量子点制备成薄膜,作为可饱和吸收体,通过激光调Q技术在全固态Nd:GdV04激光器中实现了成功运转,获得了激光脉宽为233 ns,重频为556.2 kHz的激光脉冲,在激光中的应用结果证实了CdSe/ZnS量子点具有作为可饱和吸收体的潜质。