钙钛矿材料因其具有独特的晶体结构、可调谐的直接带隙和宽带可饱和吸收等优点而成为近年来光电领域的一大热点。本文采用限域生长法制备了钙钛矿(CH3NH3PbI3)/阳极氧化铝(AAO)可饱和吸收体, AAO薄膜的存在不仅提高了CH3NH3PbI3在空气中的稳定性, 同时改善了可饱和吸收体(SA)的光学特性。CH3NH3PbI3/AAO-SA的调制深度约为7.2%, 饱和光强约为9.65MW/cm2。将CH3NH3PbI3/AAO-SA插入Nd:YVO4全固态被动调Q激光器谐振腔内, 获得了稳定的1 064.07 nm波长的调Q脉冲。当抽运功率为7 W时, 激光器输出脉冲的最小持续时间为约360 ns, 平均输出功率为483 mW。此时脉冲的重复频率为446 kHz, 射频信号的信噪比为44 dB。

二维材料具有的可饱和吸收特性使其在新兴的超快固态激光器中得到了广泛应用，但其恒定的吸收状态使激光器的输出性能难以调控。因此，采用等离子体增强化学气相沉积法在玻璃基底上制备了少层石墨烯（Gr）薄膜，经喷墨打印、镀膜、烘干等流程制备了Gr可饱和吸收体（Gr-SA）器件。利用拉曼光谱仪和分光光度计对Gr-SA器件进行系统的光学表征分析，并采用平衡同步双探测器系统测量了Gr-SA的非线性传输特性。结果表明，Gr-SA器件具有电压可控的非线性吸收特性。将Gr-SA器件应用于Nd∶YVO₄全固态激光器系统中，可实现1064.1 nm波长的稳定调Q输出。保持抽运光功率不变，通过改变栅极电压，可实现脉冲宽度从900 ns到395 ns可调控的激光输出，相应的重复频率从62 kHz提高到158 kHz。

采用水热法制备了石墨烯量子点(GQDs)可饱和吸收体(SA)。对GQDs SA的光学特性进行表征, 估算出其调制深度为6.9%。将GQDs作为SA应用于二极管端面泵浦Nd∶YVO4激光器, 实现了1 063.5 nm处的被动调Q激光输出。在吸收泵浦功率为9.12 W时, 输出脉冲的重复频率为1.64 MHz, 脉冲宽度为 200 ns, 对应的脉冲能量为0.51 μJ, 峰值功率为2.5 W。

二硫化钨(WS2)因其具有带隙可调谐、载流子迁移率较高和吸收波段较宽等优异的光学特性,在脉冲激光器领域中有着广泛的应用。本文首先采用锂离子-插层法获得了WS2纳米片溶液,通过超声、离心、旋涂、烘干等流程成功制备了性能优异的WS2可饱和吸收体。其次,利用拉曼、AFM等方法对WS2-SA进行了系统地表征分析,结果表明所制备的WS2-SA表面薄膜是少层层状二维结构。最后,将WS2-SA作为全固态绿光脉冲激光器的调Q器件,利用非线性光学晶体PPLN进行倍频,获得了稳定的被动调Q绿光脉冲激光输出。当吸收泵浦功率为666 W时,最大的平均输出功率为4075 mW,输出脉冲宽度为360 ns,重复频率为116 MHz。

由于经典电磁理论对散射光强表征不足,提出并推导了基于自发拉曼散射的量子模型。将物质系统和电磁波分开处理,并将它们之间的相互作用作为微扰处理。通过对光纤纤芯中散射现象的分析,研究了光纤量子传感理论,建立了基于拉曼散射的光纤量子温度传感模型。在此基础上,研究了基于拉曼散射的分布式量子温度传感器的工作原理,提出了分布式光纤量子传感器的系统结构,搭建了基于拉曼散射的分布式光纤量子传感实验系统。测量了分布式量子温度传感实验系统的技术参数,并验证了系统性能。实验结果表明此系统可以对监测点进行精确定位,温度测量精度较高。