二维材料过渡金属硫化物高效沉积与光学非线性研究

【摘要】：光学非线性是光学领域的重要研究范畴,进入21世纪,对非线性光学材料的研究已经从宏观材料进入到纳米材料。自2004年石墨烯发现以来,包括石墨烯和石墨烯氧化物、拓扑绝缘体、过渡族金属碳化物、过渡金属硫化物等在内的二维纳米材料引起了人们广泛的关注和研究。二维纳米材料是一种只含有单层或多层平面网状的原子结构单元,拥有非常多的光学非线性特性,包括可饱和吸收特性、克尔非线性效应、四波混频等特性,这些特性可以在调Q激光器、锁模激光器、全光调制器等仪器中发挥重要作用。为了研究这些特性,在拉锥光纤侧面利用光致沉积法沉积二维材料是探究其非线性的常用方法,该方法具有操作简便,成本较低,材料与光场接触距离较长的优点,但传统的光致沉积法速率较慢且难以控制,且需要较高光功率才能驱动。本文提出了一种基于乙醇加速在拉锥光纤上沉积二维材料的方法,相比以往光致沉积法显著的提高了沉积效率,降低了光功率阈值,使得整个沉积过程可控。此外通过大量的对比实验研究了基于乙醇加速在拉锥光纤沉积二维材料方法中的各种影响沉积速率和沉积曲线的各个因素,包括拉锥光纤直径、输入光功率、分散液浓度等,并对其他一些不易量化的因素进行了讨论。在优化了研究二维材料性质的沉积方法之后,我们围绕二维材料过渡金属硫化物光学非线性进行了一系列研究工作,主要包括过渡金属硫化物可饱和吸收特性,调Q激光器设计和光光调制器设计三个方面的研究工作。通过一系列的实验我们证明了二维材料过渡金属硫化物拥有非常优秀的可饱和吸收特性和光致折射率改变等特性,相信这些材料与已经在许多领域大放异彩的石墨烯相同,会在未来具有广泛的应用潜力。