基于金纳米棒和硫化铜纳米晶可饱和吸收体的脉冲光纤激光器的研究

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1、分类号：TN248单位代码：10183研究生学号：2015512004密级：公开吉林大学硕士学位论文（学术学位）基于金纳米棒和硫化铜纳米晶可饱和吸收体的脉冲光纤激光器的研究StudyofPulsedFiberLaserBasedonGoldNanorodsandCopperSulfideNanoparticlesSaturableAbsorbers作者姓名：刘明奕专业：物理电子学研究方向：光纤激光器指导教师：秦冠仕教授培养单位：电子科学与工程学院2018年5月—————————————————————基于金纳米棒和硫化铜纳米晶可饱和吸收体的脉冲光纤激光器的研究—————————————

2、————————StudyofPulsedFiberLaserBasedonGoldNanorodsandCopperSulfideNanoparticlesSaturableAbsorbers作者姓名：刘明奕领域（方向）：光纤激光器指导教师：秦冠仕教授类别：工学硕士答辩日期：2018年5月29日未经本论文作者的书面授权，依法收存和保管本论文书面版本、电子版本的任何单位和个人，均不得对本论文的全部或部分内容进行任何形式的复制、修改、发行、出租、改编等有碍作者著作权的商业性使用（但纯学术性使用不在此限）。否则，应承担侵权的法律责任。吉林大学博士(或硕士)学位论文原创性声明本人郑重声明：所

3、呈交学位论文，是本人在指导教师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：日期：年月日《中国优秀博硕士学位论文全文数据库》投稿声明研究生院：本人同意《中国优秀博硕士学位论文全文数据库》出版章程的内容，愿意将本人的学位论文委托研究生院向中国学术期刊（光盘版）电子杂志社的《中国优秀博硕士学位论文全文数据库》投稿，希望《中国优秀博硕士学位论文全文数据库》给予出版，并同意在《中国博硕士学位论

4、文评价数据库》和CNKI系列数据库中使用，同意按章程规定享受相关权益。论文级别：■硕士□博士学科专业：物理电子学论文题目：基于金纳米棒和硫化铜纳米晶可饱和吸收体的脉冲光纤激光器的研究作者签名：指导教师签名：年月日作者联系地址（邮编）：吉林大学电子科学与工程学院（130012）作者联系电话：18204318016摘要摘要基于金纳米棒和硫化铜纳米晶可饱和吸收体的脉冲光纤激光器的研究脉冲光纤激光器具有结构紧凑、环境稳定性好、成本低廉等优点，目前光纤激光器在通信、医疗外科手术、工业焊接、工业切割、国防空间对抗等诸多领域都有着广泛的应用。可饱和吸收体是被动调制脉冲光纤激光器的关键器件。目前，常用

5、的可饱和吸收体有半导体可饱和吸收镜（SESAMs）、碳纳米管可饱和吸收体（CNT）、二维材料可饱和吸收体等。我们实验组首次利用金纳米材料的表面等离子共振吸收的光学特性，在光纤激光器中实现了脉冲激光的输出。同时金纳米材料也具有较高三阶非线性系数、超快的响应时间、制作成本低廉等优点，被认为是一种理想的饱和吸收体材料。但是，金纳米材料具有很强的光热效应，当长时间运转或者在高功率激光中运转时，热累积会使得材料发生较为明显的形变，这样缩短可饱和吸收体的使用寿命，也限制了材料在较高功率激光器中的应用。因此，改良金纳米棒可饱和吸收体的结构和探索新型的可饱和吸收体是很有意义的。在硕士研究生期间，作者围

6、绕基于金纳米棒和硫化铜纳米晶可饱和吸收体的脉冲光纤激光器进行了系统的研究。研究成果如下：（1）通过大量的研究发现，在拉锥光纤中存在消逝场效应，利用消逝场效应与材料相互作用也具有与可饱和吸收体同样的性质，该结构可以减弱由光热效应引起的热累积。基于以上理论基础，作者提出了拉锥光纤与金纳米棒复合的可饱和吸收体器件。在实验上制作了该种复合结构可饱和吸收体，并成功在掺铥光纤激光器中实现了锁模脉冲激光的输出，脉冲宽度为404fs，重复频率为25.66MHz，最大输出功率为45.53mW，该结果与利用“三明治结构”的金纳米棒可饱和吸收体实现的锁模脉冲激光的最大输出功率相比，有着8倍左右的性能提升。（

7、2）通过研究发现，硫化铜纳米晶材料也具有局域表面等离激元的性质，这与金纳米棒的性质类似。对比金纳米棒材料，硫化铜纳米晶材料的尺寸更小，约为10nm左右，小尺寸可以有效地减弱光热效应，有利于可饱和吸收体的长期稳定运转，同时也有利于实现较高功率脉冲光纤激光器的搭建。基于综上研究，作者提出利用硫化铜纳米晶作为可饱和吸收体实现脉冲激光输出的实验方案。在实验中使用羧甲基纤维素钠作为成膜剂制作了硫化铜纳米晶可饱和吸收体薄膜，并研制出1.56μm波段的调Q掺