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二硫化钛纳米片的非线性光学研究及超快光子学的应用

2018-04-12

当今,在石墨烯的推动下,二维材料的层状结构特征,使其在光电子技术方面成为具有无限应用价值的材料。然而,石墨烯吸收系数较弱,满足不了一些需要较强的光-物质相互作用方面的需求。另一方面,TiS2作为一种典型的过渡金属硫化物,具有优异的导电性和稳定性,已被广泛应用于电池电极,光热治疗和光电探测器等。对于层状二维材料TiS2非线性光学的研究报道较少。

深圳大学张晗教授团队与南京理工大学曾海波教授团队合作,在少层TiS2纳米片的超快光子学方面的研究取得重要进展。研究人员通过胶体化学方法制备了具有均匀形态、小尺寸分布的少层二硫化钛纳米片。 经过飞秒激光Z扫描系统测试,发现二硫化钛纳米片具有从400nm到1930nm的宽带非线性光学响应。尽管与石墨烯同为零带隙结构的二维材料,实验表明,当层数约为10层时,二硫化钛在通信波段处具有比石墨烯(6.2%)更高的调制深度(18%)。并且实验测得的饱和强度为(9.91±0.32)MW/cm2,也高于石墨烯0.61 MW/cm2的强度。为了进一步验证其特性及推广二维材料的应用领域,研究人员设计了两种形式的二硫化钛纳米片非线性光子学器件,即带尾纤的可饱和吸收体结构和微纳光纤复合结构。根据实验需求,将前者应用于超短脉冲锁模光纤激光器中,实现了中心波长为1569.5 nm,1.04 ps脉宽的优质锁模脉冲序列的稳定输出。后者则创造性的,利用同样的吸收机理,实现了脉冲传输过程中噪声抑制效果,即全光阈值。实验证明,基于少层的二硫化钛纳米片的全光阈值器件可以将脉冲的信噪比由1.9 dB提升至10.68 dB,并保持80分钟内稳定工作。研究结果表明,二硫化钛具有优越的超快光子学特性。

该项工作已作为正封面论文发表于Advanced Optical Materials(DOI:10.1002/adom.201701166)上。

(来源:MaterialsViews中国

 



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