基于新型二维纳米材料饱和吸收体双损耗调制的中红外2μm波段激光特性研究

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    61775119
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    63.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    F0506.激光
  • 结题年份:
    2021
  • 批准年份:
    2017
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2018-01-01 至2021-12-31

项目摘要

All- solid-state at mid-infrared 2μm waveband region are of impotant applications in the fields such as ranging, laser LIDAR, medical treatment, materical processing, optical communication and so on. Novel two-dimentional nano-materials, such as grapheme, black phosphorus, transition-metal dichalcogenides, etc., are of excellent saturated absorption characteristics of broadband saturable modulation, low saturated intensity, controllable modulation depth, ultrafast recovery time and so on, and have been achievelly used in single-loss-modulated mid-infrared 2μm waveband laser systems. Generally speaking, no matter active-modulation or passive-modulation, it is very difficult for single-loss-modulated lasers at 2μm waveband region to have short pulse width, great peak power and high stability at the same time. Dual-loss-modulations can benefit from the advantages of two loss-modulations efficiently, obtain shorter pulse width,higer peak power and higher stability. This project will use two kinds of loss-modulation technology based on the saturable absorbers of novel two-dimentional nano-materials, i.e. the active modulation and the the passive saturated absorption of the saturable absorbers, to realize LD-pumped Q-switched and Q-switched mode-locked laser run, probe the generation mechanism of mid-infrared 2μm lasers based on dual-loss-modulation, reveal the basic generation principle of dual-loss-modulated 2μm lasers with, high peak power, short pulse width and high stability, investagate their run laws, stability and parameter optimization characteristics. From the abovementioned studies, the law basis and the application prospects of dual-loss-modulation technology in mid-infrared 2μm lasers will be presented.
全固态中红外2μm波段激光在测距、激光雷达、医学诊治、材料处理、光通信等领域具有重要的应用。新型二维纳米材料饱和吸收体,如石墨烯、黑鳞、过度金属二硫属化物等,具有饱和调制波段宽、饱和光强低、调制深度可控、恢复时间快等优良特性,已成功应用于中红外2μm波段激光系统中。通常单损耗调制的2μm波段激光,不论是主动调制还是被动饱和吸收,均难以同时兼顾窄脉宽、高峰值功率、高稳定性等。双损耗调制技术可以有效结合两种损耗调制的优点,能获得脉宽更窄、峰值功率更高、稳定性更强的激光。本项目拟将主动调制、新型二维纳米材料饱和吸收体被动吸收相结合,实现双损耗调制2μm波段激光运转,探索基于双损耗调制的中红外2μm波段激光产生的机理,揭示双损耗调制的高峰值功率、窄脉宽、高稳定2μm波段激光产生的基本原理,研究双损耗调制的2μm波段激光的运转规律和参数优化特性,为双损耗调制技术在中红外波段激光的应用提供规律性依据。

结项摘要

采用热聚合、液相剥落、CVD、旋转喷涂等方法,制造了二维纳米材料g-C3N4、MoS2、WS2、MXene Ti3C2Tx、Sb2Te3、VS2、Ta2NiS5、Ta2NiSe5、MoWS2、Bi2Te3、MoSe2、FONPs、GNPs等,表征了它们的形貌,测量了它们的饱和吸收特性;从理论和实验上系统地研究了基于二维纳米材料饱和吸收体双损耗调制的中红外2μm波段调Q和调Q锁模激光特性,实现了二维纳米材料饱和吸收体(g-C3N4、MoS2、WS2、MXene Ti3C2Tx、Sb2Te3、VS2等)——主动(声光和电光)双调Q激光运转、二维纳米材料饱和吸收体(Ta2NiS5——Ta2NiSe5、MoS2—WS2)双被动调Q激光运转、二维纳米材料饱和吸收体MoWS2——主动电光双调Q锁模激光运转,获得了稳定的双损耗调制中红外2μm波段激光输出。定义了脉宽的压缩比(单调制脉宽/双调制脉宽)和峰值功率增强因子(双调制峰值功率/单调制峰值功率)描述双损耗调制激光的特性,与单一调制的激光相比,双损耗调制激光能够获得脉冲宽度更窄、脉冲能量更大、峰值功率更高、稳定性更好的输出。理论上,建立了平面波近似下二维纳米材料饱和吸收体被动吸收——主动电光调制中红外2μm波段双调Q激光振荡的耦合速率方程组,数值求解方程组获得了调Q激光的脉冲宽度、脉冲能量、峰值功率与主动重复率、泵浦功率等参量的依赖关系,数值模拟与实验结果相符。 理论和实验的研究结果显示:二维纳米材料是中红外2μm波段激光优良的饱和吸收体,基于新型二维纳米材料饱和吸收体,利用双损耗调制技术是一种获得短脉冲、高峰值功率、高稳定2μm波段脉冲激光的有效方法。

项目成果

期刊论文数量(32)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(3)
Self-assembled gold nanoparticles as saturable absorber for low-threshold all-solid-state pulsed 2 mu m laser
自组装金纳米颗粒作为低阈值全固态脉冲2μm激光器的可饱和吸收体
  • DOI:
    10.1016/j.optmat.2018.05.085
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    Optical Materials
  • 影响因子:
    3.9
  • 作者:
    Zhang Xiumei;Liu Xinyang;Xu Xiaohong;Zhao Shengzhi;Li Tao;Guo Lei;Yang Kejian
  • 通讯作者:
    Yang Kejian
High-peak-power Q-switched 1988 nm bulk laser based on an electro-optical La3Ga5SiO14 modulator
基于电光 La3Ga5SiO14 调制器的高峰值功率调Q 1988 nm 体激光器
  • DOI:
    10.1364/ao.388229
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    Applied Optics
  • 影响因子:
    1.9
  • 作者:
    Yang Yaling;Zhao Shengzhi;Li Tao;Qiao Wenchao;Ma Baomin;Guo Lei;Yang Kejian;Nie Hongkun;Zhang Baitao;Wang Ruihua;He Jingliang;Wang Yachao
  • 通讯作者:
    Wang Yachao
The Investigation on Ultrafast Pulse Formation in a Tm-Ho-Codoped Mode-Locking Fiber Oscillator.
Tm-Ho共掺锁模光纤振荡器中超快脉冲形成的研究
  • DOI:
    10.3390/molecules26113460
  • 发表时间:
    2021-06-07
  • 期刊:
    Molecules (Basel, Switzerland)
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Shang J;Liu Y;Zhao S;Zhao Y;Song Y;Li T;Feng T
  • 通讯作者:
    Feng T
An investigation into self-pulsing behavior in an Er-doped ring laser
掺铒环形激光器自脉冲行为的研究
  • DOI:
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  • 发表时间:
    2020-10
  • 期刊:
    Applied Physics Express
  • 影响因子:
    2.3
  • 作者:
    Shang Jingcheng;Feng Tianli;Zhao Shengzhi;Zhao Jia;Zhao Yuefeng;Song Yuzhi;Li Tao
  • 通讯作者:
    Li Tao
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带内泵浦、高效 LGS 电光 Q 开关 2118 nm Ho:YAP 激光器,具有低驱动电压
  • DOI:
    10.1016/j.optlastec.2019.106015
  • 发表时间:
    2020-06-01
  • 期刊:
    OPTICS AND LASER TECHNOLOGY
  • 影响因子:
    5
  • 作者:
    Guo, Lei;Zhao, Shengzhi;Wang, Yachao
  • 通讯作者:
    Wang, Yachao

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GaAs饱和吸收体的弹性性质的第一性原理
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  • 通讯作者:
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  • 发表时间:
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  • 通讯作者:
    张靖

其他文献

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赵圣之的其他基金

基于二维纳米材料双调Q锁模激光同步泵浦的亚纳秒脉宽光参量振荡特性研究
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AI项目解读示例

课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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