新型二維半導體材料由于其本身優(yōu)異的化學、物理和非線性光學特性,在探測器、光學器件以及半導體集成電路等領(lǐng)域上吸引了眾多學者的高度關(guān)注。制備得到更優(yōu)異的光學器件是激光器方向一直以來研究的重點話題。隨著單層石墨烯材料的發(fā)現(xiàn),其他“類石墨烯”新型二維材料（以二硫化鉬為代表）也逐漸進入人們的視野中,許多光學研究人員已經(jīng)實現(xiàn)了基于新型二維半導體材料的超快脈沖激光操作。本論文主要研究石墨烯、二硫化鉬和石墨烯/二硫化鉬異質(zhì)結(jié)多種可飽和吸收體的制備、表征及其在全固態(tài)被動調(diào)Q激光器中的應用,具體內(nèi)容如下:（1）通過鋰離子-插層法制備獲得高質(zhì)量的二硫化鉬納米片溶液與無水乙醇進行混合,然后將混合溶液旋涂在通過等離子體增強-化學氣相沉積法（PE-CVD）生長的石墨烯基底上,最后通過加熱干燥獲得了石墨烯/二硫化鉬異質(zhì)結(jié)可飽和吸收體,與此同時,通過等離子體增強-化學氣相沉積法和液相剝離法分別制備得到石墨烯和二硫化鉬可飽和吸收體。通過Raman、透過和SEM等表征技術(shù)對三種不同的可飽和吸收體進行表征分析,測得的調(diào)制深度分別為7.1%、7.8%和15.01%,表征結(jié)果表明異質(zhì)結(jié)可飽和吸收體擁有更優(yōu)異的光學特性。（2）研... 

【文章來源】：南京信息工程大學江蘇省

【文章頁數(shù)】：62 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

（a）石墨烯結(jié)構(gòu)示意圖；

第一章緒論3（2）電子結(jié)構(gòu)：從圖1.2中可以看出，石墨烯作為零帶隙結(jié)構(gòu)的材料，它的價帶和導帶形成圓錐形結(jié)構(gòu)相交于費米能級上一點，穩(wěn)定的晶格結(jié)構(gòu)使石墨烯表現(xiàn)出與眾不同的光電學特性。圖1.2石墨烯能帶結(jié)構(gòu)示意圖（3）性質(zhì)：光學方面，石墨烯作為掀開二維材料光學研究熱潮的開端，其自身也具有突出的光學特性，單層石墨烯的透過率大約為97.7%，隨著層數(shù)的增加，石墨烯對可見光的吸收程度也隨之增加，同時透過率隨之降低，已有研究人員證實可以根據(jù)石墨烯的可見光透過率或者吸收率來計算石墨烯的大致層數(shù)[13]。此外，在激光器領(lǐng)域中，當一定強度的泵浦激光照射到石墨烯上，石墨烯對光的吸收會表現(xiàn)出飽和吸收特性，因此石墨烯可以作為光學器件應用于激光器中。電學方面，石墨烯作為零帶隙結(jié)構(gòu)的材料，它的價帶和導帶相交于費米能級上一點，其特殊的晶格結(jié)構(gòu)使石墨烯表現(xiàn)出優(yōu)異的電學特性。相關(guān)研究組實驗得出石墨烯會發(fā)生量子霍爾效應，它能夠完成電子與空穴的分離，實現(xiàn)電傳導現(xiàn)象[14]。所以石墨烯擁有極高的載流子遷移率，其遷移率能夠高達1025cm2/（V.s）[15]，并且在室溫環(huán)境中，其遷移率也高達105.14cm2/（V.s），被視為自然條件下導電性最好的材料。所以近些年來，石墨烯因其獨特的高載流子遷移率、較大表面積、抗氧化性等特性而受到關(guān)注[16-22]。力學方面，石墨烯擁有突出的彈性和強度等力學特性，同時具有十分突出的機械性能，常被應用于制備基于石墨烯的異質(zhì)結(jié)材料的實驗，并且石墨烯是目前已知材料中強度和硬度最高的晶體結(jié)構(gòu)。1.2.2二硫化鉬（1）晶體結(jié)構(gòu)：二硫化鉬是二維半導體材料，1995年，R.Tenne團隊以輝

南京信息工程大學碩士學位論文4鉬礦石為基礎(chǔ)原料，首次制備獲得二硫化鉬納米顆粒和納米管[23]。圖1.3層狀二硫化鉬的三維結(jié)構(gòu)示意圖由上圖1.3中可知，單層的二硫化鉬由一層鉬原子和兩層硫原子構(gòu)成，鉬原子位于兩層硫原子之間并形成了典型的“三明治”結(jié)構(gòu)，對于多層的二硫化鉬來說，層與層之間是通過微弱的范德華力連接的，所以可以通過簡單的剝離方法得到少層或單層的二硫化鉬薄膜，層內(nèi)原子是通過共價鍵連接。如圖1.4所示，二硫化鉬常見的三種晶體結(jié)構(gòu)有1T型、2H型和3R型，1T型二硫化鉬是呈金屬性，是八面體配位的，2H型二硫化鉬是呈半導體性，屬于三棱柱六配位，3R型二硫化鉬也是三棱柱六配位，但是兩者的差別在于2H型二硫化鉬可以由2個S-Mo-S單位構(gòu)成一個晶胞，而3R型二硫化鉬要通過3個S-Mo-S單位構(gòu)成一個晶胞。其中自然條件下的二硫化鉬大多是以2H型晶體結(jié)構(gòu)存在，三種晶體結(jié)構(gòu)只有2H型是穩(wěn)定態(tài)，其他兩種結(jié)構(gòu)都是亞穩(wěn)態(tài)。圖1.4二硫化鉬的晶體結(jié)構(gòu)示意圖（2）電子結(jié)構(gòu)：對于部分TMDCs材料，不同的層數(shù)形態(tài)具有不同的性質(zhì)，所以能夠表現(xiàn)出優(yōu)異的光學特性。圖1.5所示為二硫化鉬的能帶結(jié)構(gòu)示意圖，如圖所示隨著二硫化鉬層數(shù)的增加，其直接帶隙會轉(zhuǎn)變?yōu)殚g接帶隙，并且?guī)挄S

【參考文獻】：
期刊論文
[1]Enhanced saturable absorption of MoS2 black phosphorus composite in 2 μm passively Q-switched Tm: YAP laser[J]. 薛楊,謝臻達,葉志霖,胡小鵬,徐金龍,張晗.  Chinese Optics Letters. 2018(02)
[2]Q-switching of waveguide lasers based on graphene/WS2 van der Waals heterostructure[J]. ZIQI LI,CHEN CHENG,NINGNING DONG,CAROLINA ROMERO,QINGMING LU,JUN WANG,JAVIER RODRíGUEZ VáZQUEZ DE ALDANA,YANG TAN,FENG CHEN.  Photonics Research. 2017(05)
[3]Passive Q-switching and Q-switched mode-locking operations of 2 μm Tm:CLNGG laser with MoS2 saturable absorber mirror[J]. L.C.Kong,G.Q.Xie,P.Yuan,L.J.Qian,S.X.Wang,H.H.Yu,H.J.Zhang.  Photonics Research. 2015(02)

博士論文
[1]石墨烯的制備及在超級電容器中的應用[D]. 吳洪鵬.北京交通大學 2012

碩士論文
[1]類石墨烯二硫化鉬的電化學性能研究[D]. 王曉璐.吉林大學 2016



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