超细0.3nm直径单壁碳管激光器研究

The emergence of new nano-materials provides new opportunities for the development of laser technology. In the current project, zeolites are used as template to synthesize the smallest single-walled carbon nanotubes so far and investigate its special properties on laser. We will design and explore the growth mechanism of carbon nanotubes in the nano-channels of zeolite. Zeolite with different doped element will be synthesized to improve the quality of carbon nanotubes. The well-aligned 0.3 nm single walled carbon nanotubes of high quality will be used as saturable absorber for the generation of wide-band optical pulse, which can be operated in the high power and can be switched accordingly. The luminescent properties of 0.3 nm carbon nanotubes will be researched. Furthermore, the possibility of the carbon nanotube solid laser with 0.3 nm carbon nanotube as the laser gain medium will be discussed.

新型纳米材料的出现为激光技术的发展提供了新的契机。本项目拟采用沸石模板的方法合成迄今世界上最小的单壁碳纳米管并研究其在激光器上的独特应用。设计研究碳管在沸石孔道内的限域生长机制来解决其在制备过程中极易产生缺陷的问题。发展以不同元素对沸石进行掺杂的方法来改变沸石孔道的内部环境,从而合成高质量的单壁碳纳米管。拟采用所合成的宿主在沸石孔道内的高定向的0.3 nm碳管为饱和吸收体进行激光调制方面的研究，实现可在高功率下运行宽带可调谐且激光状态可切换的超快激光。 拟研究0.3 nm单壁碳管的发光特性，探讨其作为激光增益介质来实现碳管固体激光器的可能性。

新型纳米材料的出现为激光技术的发展提供了新的契机。本项目通过优化各合成参数，探讨合成了多种不同元素掺杂的沸石大单晶，包括AEL，AFI，ATS，DFT，OSO，ZnAlPO-12，ZnAlPO-15，CoAlPO-15等多种不同孔道内环境结构的沸石晶体。以AEL沸石分子筛为模板制备了0.3 nm（2,2）手型单壁碳管，通过酸碱处理法去除AEL沸石分子筛模板后，单壁碳管便会裂开转变为石墨烯纳米带。所制备的石墨烯纳米带为氮元素掺杂，层数是2-7层，宽度是10-30纳米，长度大于1微米。这种石墨烯纳米带可作为电池负极表现出优越的储锂性能。利用一维孔道结构特点的AEL沸石为模板所制备的高质量0.3 nm（2,2）手型单壁碳管是高度定向的，此定向碳管的偏振吸收特性使其可作为偏振敏感的可饱和吸收体。将其置于激光腔内实现了多个波段的脉冲激光的产生及脉冲激光运行状态的控制。在AFI沸石分子筛孔内制备了高定向的单壁碳纳米管阵列，这种碳管阵列也具有很好的偏振吸收特性。利用这种偏振相关的碳管可饱和吸收体，实现了在掺铒光纤激光器中激光运行状态的控制。此种碳管可饱和吸收体可通过偏振控制器来改变其线性吸收大小，从而调控其可饱和吸收体的调制深度，其调制深度可在14%到4.5%范围内改变。在固定的330 mW泵浦功率下，可实现调Q和锁模两种激光脉冲运行状态的切换。调Q脉冲的重复频率和锁模脉冲的脉宽亦可通过光偏振态的改变来实现调节。再者，在此泵浦功率下，当调制深度为4.5%时可得到束缚态孤子分子锁模。分别利用多维纳米孔道结构的AFS及LTA沸石为模板制备了尺寸均一的碳量子点，这种碳量子点可作为可饱和吸收体来实现不同波段的脉冲光纤激光器。