二維材料由于其豐富的非線(xiàn)性光學(xué)特性，如雙光子吸收、飽和吸收、反飽和吸收等，在激光技術(shù)、光信息和通訊等領(lǐng)域有巨大的應用潛力。近年來(lái)，二維材料在光波混頻等方面也得到了廣泛應用，這對于短波長(cháng)、可調諧激光源的產(chǎn)生是非常重要的。受激布里淵散射和非線(xiàn)性吸收等特性在激光和光電通信領(lǐng)域具有重要影響，然而二維材料中這些效應仍不明確。近期，中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機械研究所微納光電子功能材料實(shí)驗室研究員王俊課題組在二維納米材料非線(xiàn)性光學(xué)特性研究方面取得多項進(jìn)展。
研究小組（中科院國際訪(fǎng)問(wèn)學(xué)者Ivan Kislyakov等）系統研究了石墨烯納米片在NMP和水溶液中的受激布里淵散射行為及其能量特性。研究發(fā)現低濃度的石墨烯懸浮液由于沒(méi)有顯著(zhù)的吸收而產(chǎn)生強的受激布里淵散射淬滅效應，并且受激布里淵散射閾值與石墨烯吸收系數之間存在線(xiàn)性依賴(lài)關(guān)系。通過(guò)理論計算，驗證了受激布里淵散射淬滅過(guò)程中不同熱動(dòng)力學(xué)、電光和聲光參數對布里淵增益因子的影響。在碳氣泡形成過(guò)程中，氣泡的濃度和壓縮系數會(huì )發(fā)生變化，并且會(huì )決定受激布里淵散射行為；估算出了有效氣泡尺寸，并且可結合聲波吸收實(shí)驗研究納秒時(shí)間尺度的氣泡特性。這些研究成果在某些情況下可用于抑制受激布里淵散射產(chǎn)生，如激光技術(shù)、光通信網(wǎng)絡(luò )等。該研究成果發(fā)表在Optics Express [26, 34346 (2018)]上。
該研究小組系統研究了六方氮化硼(hBN)納米片懸浮液的受激布里淵散射和雙光子吸收特性，測量了在532nm激光作用下的雙光子吸收截面σ2PA和布里淵增益系數gB。發(fā)現在hBN濃度較低時(shí)表現出明顯的受激布里淵散射淬滅效應，這與石墨烯懸浮液的結論一致；并且，雙光子吸收截面非常大，因此BN納米片能夠吸收足夠的能量來(lái)加熱到熔化溫度。BN中受激布里淵散射猝滅主要是由BN的熔化和納米片在激光能量高于受激布里淵散射閾值時(shí)轉變?yōu)榧{米液滴而引起的聲波衰減所致。文中研究的BN分散液，在低強度輻照下具有很高的透明性，因此可將其作為全光濾波器非線(xiàn)性光學(xué)復合材料以及具有受激布里淵散射抑制作用的透明材料摻雜劑。BN懸浮液也是研究非線(xiàn)性光學(xué)和聲光現象的一個(gè)有趣的模型系統。該研究成果發(fā)表在Optics Express [27, 11029 (2019)]上。
研究小組還與北京化工大學(xué)教授孫振宇課題組通過(guò)液相玻璃技術(shù)，合作研制了大量高品質(zhì)碘化鉛（PbI2）二維納米片，所得分散液可以在30天內保持良好的穩定性。非線(xiàn)性光學(xué)特性研究發(fā)現PbI2納米片在515nm飛秒脈沖和532nm納秒脈沖下具有飽和吸收（SA）特性，并且在6ns脈沖激發(fā)下的SA響應強于在340fs脈沖激發(fā)下的SA響應。PbI2納米片的飽和吸收特性與某些二維鈣鈦礦、石墨烯、黑磷和二硫化鉬材料是可比擬的。并且，PbI2的高穩定性和低不飽和損耗使得其在調Q、鎖模激光器、光電探測器和其它超快光電子器件方面有巨大應用前景。該研究成果已經(jīng)在線(xiàn)發(fā)表在ACS Photonics [DOI: 10.1021/acsphotonics.9b00122]上。
相關(guān)工作得到中科院、基金委和上海市科委的項目支持。
