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光學工程
單層二硫化鉬的巨暗態激子共振雙光子吸收效應

層狀MoS2是一種極具代表性的二維半導體,特別是其可見到近紅外波段的可調諧帶隙特性在開發新型光電功能器件方面具有獨特優勢。然而,該類半導體帶隙的層數依賴特性對其非線性光學響應的影響規律及物理機理目前尚不清楚,大大限制了該類材料在開發高性能超快光調制器等全光器件上的潛力。

中國科學院上海光學精密機械研究所王俊研究員課題組在二維半導體超快非線性光學的研究中取得重要進展,在國際上揭示了單層二硫化鉬(MoS2)獨特的暗態激子共振雙光子吸收特性。該研究成果發表在Laser & Photonics Reviews [9, 427–434 (2015)]上。

王俊課題組精確測量并揭示了二維2H-MoS2單晶(~0.7nm)在近紅外波段具有優異而獨特的暗態激子共振雙光子吸收特性,證實了單層MoS2的巨雙光子吸收系數~7.6x103 cm/GW,高出常規半導體3-4個數量級,并從單層中觀測到激子暗態的雙光子激發頻率上轉換發光;通過改變層數實現了非線性響應的調控工程,揭示了MoS2禁帶寬度與光子能量的博弈關系;從單個MoS2寡層晶疇中觀測到的近紅外飽和吸收是對近期廣泛報道的MoS2寡層鎖模、調Q器件工作機理的直接證明。實驗結果可以推論,在總層數相同的情況下,分立的MoS2單層與疊加的MoS2寡層會分別通過雙光子吸收機制和飽和吸收機制對超短激光脈沖的強度分布產生截然相反的調制作用,這一獨特的材料特性可以作為特殊功能光調制器件設計的重要參考。


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