本文關鍵詞：偏振態(tài)可調(diào)及石墨烯調(diào)Q、鎖模柱矢量光研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：偏振是光最重要、最根本的特性之一。不同于線偏振光、圓偏振光及橢圓偏振光這些偏振態(tài)空間均勻分布的標量光束,具有軸對稱或旋轉(zhuǎn)對稱偏振態(tài)空間分布的柱矢量光束(Cylindrical vector beam, CVB)在最近幾年吸引了越來越多的目光。由于緊聚焦后所展現(xiàn)出的獨特性質(zhì)(例如突破衍射極限的光斑尺寸,強縱向電場等),它可以廣泛應用在高分辨顯微成像、電子加速、光學捕獲、材料加工等領域。自2004年被發(fā)現(xiàn)以來,石墨烯一躍成為當下最火熱的納米材料之一。尤其是作為新型可飽和吸收體,它制備簡單且成本低廉,擁有傳統(tǒng)可飽和吸收體所不具備的超寬運轉(zhuǎn)帶寬、超快響應時間、可控調(diào)制深度等諸多優(yōu)異性能,為調(diào)Q、鎖模短脈沖激光器打開了一扇嶄新的大門。本論文針對目前柱矢量光領域的研究不足,創(chuàng)造性的將其首次與石墨烯相結(jié)合做了一系列的理論與實驗研究。具體內(nèi)容如下：(1)偏振態(tài)可調(diào)柱矢量光研究首先從Helmholtz方程出發(fā)推導了柱矢量光的數(shù)學表達,然后利用斯托克斯參量法結(jié)合龐加萊球圖示法理論分析了兩個正交線偏振TEM01模矢量疊加的過程,結(jié)果表明改變兩個模之間的相位差δ及模方向與偏振方向的初始夾角φ0可以得到不同偏振態(tài)分布的柱矢量光�；谝陨侠碚摲治�,我們在實驗上搭建了一套簡單靈活的Mach-Zehnder干涉系統(tǒng),無需改變裝置結(jié)構(gòu)或更換光學元件,通過旋轉(zhuǎn)階躍相位板和改變電光相位調(diào)制器負載電壓對進行調(diào)節(jié),實現(xiàn)了偏振態(tài)可調(diào)柱矢量光的輸出。(2)石墨烯可飽和吸收鏡的制備及表征首先從能帶結(jié)構(gòu)出發(fā)分析了石墨烯的非線性可飽和吸收特性,然后利用氧化還原法和化學氣相沉積法獲得了高品質(zhì)石墨烯原材料,再選擇相應的成膜轉(zhuǎn)移技術(主要為旋涂法和濕化學轉(zhuǎn)移法),以K9玻璃為基底,通過電鍍多層SiO2/Ti2O5電介質(zhì)層來調(diào)節(jié)其透過率,設計制作了GSA (Graphene-based Saturable Absorber) 和 GOC (Graphene-based Output Coupler)兩種結(jié)構(gòu)不同的石墨烯可飽和吸收鏡,并進行了一系列的光學性能表征,為后續(xù)的激光器調(diào)Q、鎖模實驗提供了關鍵元件。(3)石墨烯調(diào)Q、鎖模激光特性研究首先從速率方程和Haus方程出發(fā)理論分析了石墨烯調(diào)Q脈沖的產(chǎn)生機理與穩(wěn)定鎖模的閾值條件,并根據(jù)分析結(jié)果闡述了在設計石墨烯調(diào)Q、鎖模激光器時需要考慮的因素,為后續(xù)實驗提供了理論依據(jù)。然后實驗上分別利用Nd:YVO4和Nd:YAG晶體作為增益介質(zhì),在端面和側(cè)面兩種不同泵浦方式下,獲得了穩(wěn)定的石墨烯調(diào)Q及鎖模激光輸出,證明我們設計制作的石墨烯可飽和吸收鏡可以作為有效的調(diào)Q、鎖模元件應用到激光器諧振腔中。(4)短脈沖柱矢量光研究首先理論分析了基于Nd:YAG晶體熱致雙折射和雙焦熱透鏡效應實現(xiàn)諧振腔內(nèi)偏振控制的原理。然后實驗上將石墨烯短脈沖技術與腔內(nèi)偏振控制技術結(jié)合,在前面石墨烯調(diào)Q及鎖模激光特性研究的基礎上,利用設計制作的GOC和GSA作為調(diào)Q、鎖模元件,國內(nèi)外首次搭建了基于石墨烯全固態(tài)柱矢量光調(diào)Q、鎖模激光器,分別得到平均輸出功率2.7 W、脈沖寬度192 ns、重復頻率167 kHz的調(diào)Q徑向偏振柱矢量光和平均輸出功率2 W、脈沖寬度15.6 ps、峰值功率高達1.08 kW的鎖模徑向偏振柱矢量光。
【關鍵詞】：偏振態(tài) 柱矢量光 石墨烯 調(diào)Q 鎖模
【學位授予單位】：西北大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：O436.3
【目錄】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-10
• 第一章 緒論10-32
• 1.1 柱矢量光研究回顧10-25
• 1.1.1 什么是柱矢量光10-13
• 1.1.2 柱矢量光的緊聚焦特性及應用13-19
• 1.1.3 柱矢量光的產(chǎn)生方法19-23
• 1.1.4 從連續(xù)走向脈沖23-25
• 1.2 短脈沖的產(chǎn)生方法25-30
• 1.2.1 調(diào)Q技術25-27
• 1.2.2 鎖模技術27-29
• 1.2.3 石墨烯在調(diào)Q、鎖模激光器中的應用29-30
• 1.3 本論文的研究目的及內(nèi)容安排30-32
• 第二章 偏振態(tài)可調(diào)柱矢量光研究32-49
• 2.1 偏振態(tài)及其表示方法32-38
• 2.2 柱矢量光的數(shù)學表達38-41
• 2.3 相干疊加產(chǎn)生偏振態(tài)可調(diào)柱矢量光41-48
• 2.3.1 理論分析41-44
• 2.3.2 實驗裝置與結(jié)果討論44-48
• 2.4 本章小節(jié)48-49
• 第三章 石墨烯可飽和吸收鏡的制備及表征49-70
• 3.1 石墨烯的結(jié)構(gòu)與特性49-60
• 3.1.1 碳與石墨烯49-51
• 3.1.2 石墨烯的晶格與能帶結(jié)構(gòu)51-54
• 3.1.3 石墨烯的光學特性54-60
• 3.2 石墨烯的生長60-63
• 3.2.1 氧化還原法60-62
• 3.2.2 化學氣相沉積法62-63
• 3.3 石墨烯可飽和吸收鏡的制備及表征63-69
• 3.3.1 增透式石墨烯可飽和吸收鏡64-67
• 3.3.2 石墨烯可飽和輸出耦合鏡67-69
• 3.4 本章小節(jié)69-70
• 第四章 石墨烯調(diào)Q及鎖模激光特性研究70-95
• 4.1 石墨烯調(diào)Q激光理論研究70-76
• 4.1.1 速率方程的建立與求解70-74
• 4.1.2 石墨烯調(diào)Q脈沖的產(chǎn)生過程74-76
• 4.2 石墨烯調(diào)Q激光實驗研究76-80
• 4.2.1 增益介質(zhì)76-77
• 4.2.2 實驗裝置77-78
• 4.2.3 結(jié)果與討論78-80
• 4.3 石墨烯鎖模激光理論研究80-86
• 4.3.1 Haus方程80-82
• 4.3.2 石墨烯穩(wěn)定鎖模的閾值條件82-84
• 4.3.3 調(diào)Q鎖模與多脈沖調(diào)制84-86
• 4.4 石墨烯鎖模激光實驗研究86-94
• 4.4.1 增益介質(zhì)86-88
• 4.4.2 實驗裝置88-91
• 4.4.3 結(jié)果與討論91-94
• 4.5 本章小節(jié)94-95
• 第五章 基于石墨烯全固態(tài)柱矢量光調(diào)Q、鎖模激光器95-109
• 5.1 腔型原理95-98
• 5.1.1 熱致雙折射與雙焦熱透鏡效應95-96
• 5.1.2 諧振腔穩(wěn)區(qū)偏振選擇96-98
• 5.2 基于石墨烯全固態(tài)柱矢量光調(diào)Q激光器98-104
• 5.2.1 實驗裝置98-100
• 5.2.2 結(jié)果與討論100-104
• 5.3 基于石墨烯全固態(tài)柱矢量光鎖模激光器104-108
• 5.3.1 實驗裝置104-105
• 5.3.2 結(jié)果與討論105-108
• 5.4 本章小結(jié)108-109
• 第六章 總結(jié)與展望109-112
• 6.1 研究工作及創(chuàng)新總結(jié)109-110
• 6.2 展望110-112
• 參考文獻112-125
• 攻讀博士學位期間取得的科研成果125-127
• 致謝127-128

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  本文關鍵詞：偏振態(tài)可調(diào)及石墨烯調(diào)Q、鎖模柱矢量光研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號：337169