發(fā)布時(shí)間：2020-11-06 08:33

　　 石墨烯是一個(gè)非常有代表性的二維層狀材料,因其奇特的電子和光學(xué)性能而備受光電子領(lǐng)域的關(guān)注。目前基于機(jī)械剝離法、液相剝離法、化學(xué)氧化還原法、化學(xué)氣相沉積法等方法制備的石墨烯被作為可飽和吸收體廣泛應(yīng)用于激光器中實(shí)現(xiàn)超快激光的輸出。這些傳統(tǒng)制備方法在制備過程中不可避免地會(huì)對石墨烯造成機(jī)械損傷和污染以及石墨烯層數(shù)可控性差等。此外,在實(shí)際應(yīng)用中,石墨烯通常需要聚合物作為支撐體或與聚合物復(fù)合來方便操作,然而聚合物的損傷閾值通常比較低,這將會(huì)影響激光器的輸出性能。針對上述問題,本論文采用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(PECVD)法在單模石英光纖端面直接生長高質(zhì)量的石墨烯。PECVD可以實(shí)現(xiàn)在低溫下無需催化劑輔助直接在介質(zhì)襯底表面生長石墨烯,石墨烯的厚度可由生長時(shí)間控制。本文主要研究了PECVD法在不同生長條件制備石墨烯的質(zhì)量與形貌,并應(yīng)用到光纖激光器中進(jìn)行鎖模。主要研究內(nèi)容如下:(1)PECVD法生長石墨烯參數(shù)研究采用PECVD法在石英襯底上制備石墨烯,以甲烷和氫氣作為前驅(qū)體,系統(tǒng)研究了生長溫度、不同甲烷氫氣流量比例與Plasma功率等生長參數(shù)對石墨烯質(zhì)量、形貌結(jié)構(gòu)以及生長速率的影響,同時(shí)摸索出目前生長石墨烯的最佳條件。研究結(jié)果表明PECVD法生長的石墨烯為多晶結(jié)構(gòu)且晶面間距接近本征少層石墨烯。在較低的生長溫度和較高的氫氣流量比例條件下,石墨烯生長速率得到減緩,有利于生長高質(zhì)量的平面石墨烯薄膜。在高溫環(huán)境、高甲烷流量比例和高Plasma功率等條件下,生長速率加速適合制備直立石墨烯。(2)PECVD法在光纖端面直接生長石墨烯及其表征采用PECVD法在單模石英光纖端面直接生長石墨烯,并對端面上石墨烯的形貌、線性光學(xué)、可飽和吸收特性、插入損耗和機(jī)械損傷等性能進(jìn)行表征。研究結(jié)果表明,均勻連續(xù)的石墨烯鋪滿光纖端面。器件的調(diào)制深度和插入損耗與石墨烯層數(shù)正相關(guān)可以通過控制生長時(shí)間進(jìn)行調(diào)節(jié)。同時(shí),該器件具有良好的物理機(jī)械穩(wěn)定性,證明了該方法在制備和實(shí)際應(yīng)用中的可行性以及可控性。(3)鎖模激光脈沖的產(chǎn)生實(shí)驗(yàn)分析研究了直接生長在光纖端面的石墨烯在摻鉺光纖激光器中的超快脈沖輸出特性,獲得了中心波長1559 nm,脈寬991 fs的脈沖輸出,并對鎖模激光器穩(wěn)定性等關(guān)鍵問題進(jìn)行了分析。實(shí)驗(yàn)證明該方法制備的鎖模器件具有較高的損傷閾值,當(dāng)泵浦功率調(diào)到最大功率700mW時(shí),激光器仍可以穩(wěn)定工作在鎖模狀態(tài),最大平均輸出功率可達(dá)17.6 mW。同時(shí)分析比對低溫下不同甲烷氫氣流量比例制備的石墨烯對鎖模性能的影響。研究發(fā)現(xiàn),高氫氣流量比生長的石墨烯鎖模光譜3 dB帶寬明顯優(yōu)于純甲烷生長的相似層數(shù)的石墨烯。
【學(xué)位單位】：南京郵電大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TQ127.11
【部分圖文】：

研究生學(xué)位論文 碳原子外電子層有 4 個(gè)電子，剩余一個(gè)電子會(huì)在石墨烯平面外，的大 π 鍵。其中 π 電子在石墨烯平面內(nèi)是可自由移動(dòng)，這個(gè)特殊要原因。常溫下石墨烯的遷移率高達(dá) 2 105cm2V-1s-1，電導(dǎo)率為描述其他 sp2雜化碳質(zhì)材料的理論結(jié)構(gòu)單元，如圖 1.1 所示，零維看作是卷曲成球或管的石墨烯層，三維的石墨可以看作是通過多在一起的石墨烯層。

2圖 1.2 本征石墨烯的能帶結(jié)構(gòu)[9]其他二維層狀材料不同，單層石墨烯是一個(gè)零帶隙半導(dǎo)體。石墨烯）所示，它是由 π 軌道決定的。單層石墨烯的電子能帶結(jié)構(gòu)中的價(jià)

κ 為動(dòng)量；費(fèi)米速度 ν~106m/s，為電子在石墨烯內(nèi)運(yùn)動(dòng)速度，費(fèi)(為光速的 1/300)，近似于光子。這種線性色散關(guān)系的使得載流子在石墨烯內(nèi)量的狄拉克費(fèi)米子[8]。由于石墨烯能量與動(dòng)量呈線性關(guān)系以及無質(zhì)量狄拉克石墨烯具備諸多半導(dǎo)體材料不具有的優(yōu)異光電特性。墨烯特性性光學(xué)特性的單層石墨烯具有 97.7％的光透射率和小于 0.1％的反射率[11]，其光透射率圖 1.3（a）所示，對于單層石墨烯而言，對白光有 2.3％吸收率相對較高。這烯獨(dú)特的電子特性。石墨烯的光透射率由精細(xì)結(jié)構(gòu)常數(shù) α 決定[5,11]：α=e2/ c烯線性透過率為： ( )=1-05≈1-≈977%-2T . παπα.
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本文編號(hào)：2872906