新型二维材料黑磷的非线性光学吸收特性研究

发布时间：2020-08-26 00:28

【摘要】：伴随着科技的日新月异,为满足超快激光和光通信技术的迭代更替,在寻找符合技术需求的产品上一直是技术发展的瓶颈。光学器件中,具备诸如非线性滤波、被动锁模及调Q特性的二维光学材料市场需求极大。现阶段一般采用三阶非线性光学性能的测试方法来展开对非线性光学材料的探讨研究。作为新型二维材料的重要成员——黑磷,是一种层状半导体材料,单层黑磷是继石墨烯之后发现的第二种单元素二维原子晶体,因其以其独特的物理及化学特性刷新了人们对传统纳米技术的观点,黑磷的能带具有随着层数可变的奇异特性(单层2.0 eV,多层0.3 eV),并且单层和多层黑磷始终保持着直接带隙结构。黑磷已经在实验上证明其具有宽带的可饱和吸收性能,并在多个波段的锁模应用中得到验证。但如何进一步提升黑磷的锁模或调Q器件性能,针对黑磷的进一步非线性光吸收特性研究十分必要。本论文主要从超快激光的脉宽参数对黑磷的三阶非线性吸收的影响,及不同层数的黑磷样品对强激光吸收的三阶非线性光学效应展开实验研究,并取得如下研究成果:(1)实验研究了黑磷分散液样品,在中心波长为800 nm钛宝石激光器为光源,测量不同脉宽下的开孔Z-scan。分别得到表示了样品在100 fs、1 ps和10 ps脉宽下的开孔Z-scan曲线。黑磷溶液具有可饱和吸收特性由实验的归一化透射曲线都能显示出来。当峰值光强从6.549到776.2 GW/cm2逐渐增大时,我们可以发现在三种脉宽的辐照下,黑磷的三阶非线性极化率虚部、品质因子以及非线性吸收因子与脉宽成正比,而黑磷分散液的饱和光强恰巧与脉宽成反比,三种脉宽下的调制深度基本保持一致。(2)实验研究了不同层数黑磷样品分散液吸收特性,使用液相剥离的方法制备了三种不同层数的黑磷(5krpm、7.5krpm、10krpm),将其分散在NMP溶液中。通过自行搭建的Z-scan系统,以可调波长范围的飞秒激光器为光源,在600nm波段下进行开孔Z-scan,结果表明,不同层数的黑磷分散液都具有饱和吸收性,调制深度随着层数成正比。本论文研究结果为基于黑磷的超快激光应用提供了实验参考,为设计黑磷器件提供依据。
【学位授予单位】：深圳大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：O437;TN304.17

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本文编号：2804405