摘要
被动调Q激光器不仅拥有较高峰值功率和脉冲能量，而且具有成本低、调试难度小、结构紧凑及效率高等优势，使其在生物医学、激光显示、材料处理及激光雷达等领域具有非常广阔的应用前景。MXene作为一种新兴的二维材料，具有高度可调性和可定制性的电子及光学特性。本课题主要研究以二维材料V2CTx与Ti3C2Tx作为可饱和吸收体的1064nm被动调Q激光器。通过调整可饱和吸收体浓度及谐振腔长度等参数，探索V2CTx与Ti3C2Tx在调Q激光器中的应用。具体研究内容如下： 理论方面，以Nd:YAG调Q激光器为例，利用速率方程分析了影响调Q脉冲输出特性的因素；介绍了在被动调Q激光器中可饱和吸收体的工作原理，为测得V2CTx与Ti3C2Tx的可饱和吸收特性以及将其应用于被动调Q激光器中提供了理论依据。 实验方面，第一部分是V2CTx被动调Q激光器研究。将浓度分别为0.05mg/ml和0.025mg/ml的V2CTx分散液封装于比色皿中制作为调Q器件，分别测得其调制深度和饱和光强。采用半导体激光器泵浦及线性谐振腔结构实现了1064nm脉冲激光的输出。分散液浓度为0.05mg/ml，谐振腔腔长35mm，泵浦功率为5.6W时得到脉冲激光的最窄脉宽302ns，重复频率155KHz，平均输出功率42mW；浓度为0.025mg/ml，泵浦功率为3.2W时得到脉冲激光的最窄脉宽624ns，重复频率117KHz，平均输出功率48mW。结果表明了V2CTx具有可饱和吸收特性，证明了在同一调Q器件下，腔长越短，脉宽越窄，重复频率越高。 同等实验条件下，将浓度0.025mg/ml的V2CTx分散液沉积于K9玻璃片上制成调Q器件进行实验研究。相比于同等浓度下的分散液调Q器件，调制深度提高，饱和光强下降。采用沉积后的V2CTx调Q器件的脉冲激光器具有更高的光学转换效率。 实验方面，第二部分是Ti3C2Tx被动调Q激光器研究。将浓度约为0.02mg/ml的Ti3C2Tx分散液分别封装于比色皿中及沉积于玻璃片上制备成两种调Q器件，分别测得其调制深度和饱和光强。采用与V2CTx实验相同的实验装置，利用Ti3C2Tx分散液调Q器件，腔长35mm，泵浦功率6.1W时得到脉冲激光的最窄脉宽270ns，重复频率178KHz，平均输出功率80mW；利用沉积后的Ti3C2Tx作为调Q器件，泵浦功率为2.7W时得到脉冲激光的最窄脉宽305ns，重复频率210KHz，平均输出功率160mW。 实验表明V2CTx和Ti3C2Tx两种材料均具有良好的可饱和吸收特性，在调Q激光器领域具有较大的应用前景。
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