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二维纳米材料光子学应用之饱和吸收

已有 483 次阅读 2019-7-14 18:31 |个人分类:超快光学|系统分类:论文交流| 非线性, 超快光学, 泵浦探测, 二维材料 分类, 光子

能出头,必有过人之处。在过去的十几年中,得利于其优越性能,二维纳米材料受到了广泛的关注,成为各个领域炙手可热的明星材料。在光子学领域,因为超宽的光谱响应,二维纳米材料同样受到学者的追捧。

在非线性光学领域中,二维纳米材料作为饱和吸收体,被广泛应用在锁模和调Q激光器中,从而获得超宽脉冲。饱和吸收主要包括两种,一种是快锁模,一种是慢锁模。前者是激发载流子驰豫时间小于脉冲宽度,后者反之。Laser & Photonics Reviews最新综述文章(https://doi.org/10.1002/lpor.201800282),详细总结了二维材料作为饱和吸收体的优越性能,已经相关的锁模激光器。

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这给二维纳米材料的非线性学术研究提供了有一个系统的介绍。该文章算是“老少皆宜”。不同于以往的综述文章,该综述以快慢饱和吸收作为逻辑主线,一面介绍了很多非线性光学的知识点,另一方面是,在这些知识点的引领下贯穿了各种二维纳米材料的光学非线性性能与及相关的超快激光器。

饱和吸收主要来自于泡利不相容原理。该原理讲的是,在一个量子系统内,同一个量子态不能同时被两个或者两个以上的费米子(比如电子)占据。那么,激发态吸收了从基态上来的电子,并且会被逐渐占满。所以,如果是弱光的话,就会被饱和吸收体吸收;如果是强光,激发态很容易就被电子填满,就无法吸收更多的光,于是强光大部分透过去。

简而言之,就是饱和吸收体吸收弱光,让强光透过。那么,在激光谐振腔里面,很多弱的光被吸收,强光两翼也被吸收,剩下峰值附近的强光可以出来。最后的结果,就是获得脉冲很短的光,从而得到非常强的峰值功率。

二维纳米材料在饱和吸收方面表现非常优越。比如说石墨烯,响应光谱从紫外到红外,到微波。在这么广的光谱范围内,都可以获得锁模输出,并且脉冲可以到达100fs以内。相比石墨烯,二维过渡金属硫化物的一个优点是,他们的带隙宽度可以调解,从而根据不同波长的需求,提供不同的饱和吸收体。此外,其他二维材料,包括黑鳞,MXene,还有二维的拓扑绝缘体。

这些材料的锁模或者调Q的性能都在该综述中被详细总结.同时,很多报道饱和吸收性能对脉冲宽度有依赖关系,但是并没有给出详细解释。该文章也提出了详细的物理解释。这些解释也扩展到了非线性对波长,线性吸收的依赖等等。具体参考文献(https://doi.org/10.1002/lpor.201800282)。

总得来说,二维纳米材料有着优越的非线性性能,同时也还有很多研究价值,比如如何在工业上有更好的应用,需要大家的共同努力。




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