基于二硫化钼的受激布里渊散射效应增强研究

【摘要】：作为二十世纪以来最伟大的发明之一,激光的诞生对传统物理光学产生了十分重要的研究意义,进而促进了光学非线性的相关研究。在光学非线性现象中,受激布里渊散射效应(Stimulated Brillouin Scat-tering,SBS)以其特有的高发性及非弹性光能量转移现象引起了世界各地科研人员的广泛关注,并产生了许多基于布里渊散射光特性的高性能光子器件应用。为了能进一步地开发出高效率的SBS应用,找到能产生较大的SBS增益效果的布里渊介质是十分重要的。然而,普通光纤中的SBS增益量通常较小,若想要开发出具有更高SBS增益的光子器件应用则需要在很大程度上加长光路中光纤的长度,如此便会间接引入色散等光学限制,从而影响了器件的整体性能。目前,基于高非线性硫化物光纤、特殊波导结构、微环共振器等等的研究均能在一定程度上对SBS效应进行增强。但是,它们都存在着设计结构复杂、制作成本较高、引入损耗较大等等的局限性,也正是因为如此,科研人员对提升SBS增益的新探索越发重视。近年来,作为过渡金属硫化物家族的代表,二硫化钼(Molybdenum Disulfide,MoS_2)因其具有独特的光电特性,如可变能带带隙、高电子迁移率及特殊光学非线性等等,故而得到了广泛的重视。然而,根据现有研究,对MoS_2的光学非线性特性的研究仅仅还局限于弹性光学非线性现象。对非弹性光学非线性现象,如受激布里渊散射效应的研究仍旧是一个待探索领域。因此,在考虑到同为硫族元素的硫化物具有很强的受激布里渊散射效应,而且MoS_2本身的物理尺寸又能满足光子器件集成化的要求的基础上,本文以二维层状材料的非线性研究为背景,以MoS_2为主要研究对象,对其进行光学非线性SBS效应的探索研究,包括对二维材料的制备转移、待测光介质的特性测试、SBS效应的针对性测试结构设计及结果分析。首先,为了满足SBS效应的观测条件,并且能够打破传统观测方式的限制,本文制备了两种用于观测二维材料中的SBS增益提升效果的转移光纤。第一种转移光纤采用机械剥离的方式对三种主流的二维材料进行获取,并且通过基于PDMS的直接贴合方式将二维材料转移至光纤纤芯端面。第二种转移光纤采用CVD生长法对MoS_2材料进行获取,随后采用包裹式法将MoS_2转移到微光纤纤芯侧面。此外,本文还分别对两种转移光纤进行了质量检测及基本光学性能测试,均得到了较好的测试结果。其次,本文针对转移材料的两种光纤结构分别进行了对应的SBS增益提升的研究。对其分别进行了SBS测试装置设计,以及进行了SBS增益提升效果测试与定性分析。首次发现,仅仅是在纳米厚度、微米长度的光与MoS_2材料相互作用下,就可产生并观察到明显的SBS增益提升效果,同时,MoS_2的SBS线宽还呈现出了宽谱特性的趋势。这为将来基于SBS增益的新型集成化光子器件提供了很大的应用前景。