新型二維材料的非線性光學特性及其在超快激光中的應用

1、項目名稱主要完成單位主要完成人（職稱、完成單位、工作單位）2017 年度廣東省科學技術獎項目公示新型二維材料的非線性光學特性及其在超快激光中的應用深圳大學湖南大學姓名排名職稱工作單位完成單位對本項目的主要貢獻張晗1教授深圳大學深圳大學本項目總負責人，是本項目學術思想和研究方案的提出者。本項目主要參加者，負責具體陸順斌2講師深圳大學湖南大學實施。科學發(fā)現(xiàn)一、科學發(fā)現(xiàn)三的貢獻者，科學發(fā)現(xiàn)二和科學發(fā)現(xiàn)三的主要參與者。本項目的主要參加者，負責具趙楚軍3教授湖南大學湖南大學體實施?？茖W發(fā)現(xiàn)二的直接貢獻者，科學發(fā)現(xiàn)三和科學發(fā)現(xiàn)四的主要貢獻者。陳宇4講師深圳大學深圳大學本項目的主要參加者，科學發(fā)現(xiàn)三的直接貢

2、獻者。杜娟5未取得湖南大學湖南大學本項目的主要參加者，科學發(fā)現(xiàn)一的直接貢獻者。項目簡介陳書青6講師深圳大學湖南大學本項目的主要參加者，科學發(fā)現(xiàn)三的直接貢獻者。本項目的主要參加者，科學發(fā)唐平華7講師湘潭大學湖南大學現(xiàn)二的直接貢獻者二維材料（ 2D-Materials ）是由單一或幾層不同的原子組成的新型材料，它們通?？梢杂蓪訝畈牧蟿冸x得到，具有獨特的物理和化學性質。以石墨烯為代表的二維材料的出現(xiàn)對現(xiàn)代電子、通信和光電子學等領域產(chǎn)生了重要的影響，是當今重大科學前沿；同時，二維材料具有廣闊的應用前景，如太陽能電池、光電調制器和光電探測器等。 本課題組自 2012 年開始，研究二維材料（石墨烯、二硫化

3、鉬、拓撲絕緣體等）與激光相互作用的新現(xiàn)象和新規(guī)律，并探索其在超快激光器和通信等領域的應用，獲得了一系列新發(fā)現(xiàn)。主要發(fā)現(xiàn)點及其科學價值總結如下：1. 發(fā)現(xiàn)了二硫化鉬材料中的寬帶非線性光學吸收響應，獲得了其光學參數(shù)及調控規(guī)律，研制出基于二硫化鉬的新型超快光子器件。研究結果揭示了二硫化鉬從可見到近紅外波段的非線性光吸收特性，實驗發(fā)現(xiàn)了其寬帶可飽和吸收效應并實現(xiàn)了在光纖激光器中的鎖模應用。利用微納光纖與光沉積相結合的技術，進一步深入研究了二硫化鉬的光子器件，研制出基于二硫化鉬飽和吸收體的高能量光纖鎖模脈沖激光器。二硫化鉬寬帶非線性光學特性的發(fā)現(xiàn)和應用，為脈沖激光器鎖模和調 Q提供了新的手段。2. 首次

4、研制了基于二維拓撲絕緣體的可飽和吸收器件，實現(xiàn)了性能穩(wěn)定、波長寬調諧的超快激光輸出。研究結果拓展了人們對拓撲絕緣體材料的認識，為構筑新型光電器件奠定了基礎，完成了基于拓撲絕緣體的寬波段調 Q/鎖模的光纖脈沖激光器及固體脈沖激光器，為拓撲絕緣體在超快脈沖激光器的應用上提供了方向和基礎，也為高功率、寬調諧脈沖激光器的研制提供了新的手段。3. 發(fā)現(xiàn)了二維拓撲絕緣體的非線性光克爾效應及非線性微波吸收特性，獲得了其光學響應參數(shù)及調控規(guī)律，為基于拓撲絕緣體的全光調制和全光信號處理技術提供了有效的理論和實驗支撐。研究結果表明拓撲絕緣體具有大的非線性折射率系數(shù)，并在微波波段具有可飽和吸收特性，在微波通信、信號

5、處理、數(shù)據(jù)存儲、激光制造甚至軍事器件上將展現(xiàn)巨大的應用潛力。4. 首次發(fā)現(xiàn)石墨烯在微波波段的非線性響應，拓展了石墨烯非線性可飽和吸收的范圍，進一步驗證了石墨烯寬帶可飽和吸收效應和規(guī)律。研究結果將石墨烯的潛在應用從可見光發(fā)展到微波波段，對發(fā)展基于石墨烯的光子器件和微波器件具有重要的意義。該項目在三年多的研究期間，在國內外雜志上發(fā)表SCI 論文 60 篇，累計被引用2453 次，他引 1928 次。其中，10 篇代表性論文均為ESI 高引用論文，另有一篇入選“ ESI 熱點論文”和“ 2014年中國最具影響力國際學術論文”。 十篇代表性論文共被包括 Nature Photonics 、Physic

6、al Review Letters 、Laser Photonics Review、Advanced Materials 等 SCI 雜志引用 1280 次， SCI 他引 1013代表性論文專著目錄次。序號12論文名稱Molybdenum disulfide (MoS2) as a broadband saturable absorber for ultra-fast photonicsYtterbium-doped fiber laser passively mode locked by few-layer Molybdenum Disulfide (MoS2) saturable abs

7、orber functioned with evanescent field年卷頁碼國內作者2014 年 22 卷張晗；陸順斌；杜鵑；7249-7260 頁文雙春張晗；王慶凱；蔣國寶；2014 年 4 卷 6346許長文；趙楚軍；項元頁江 ；陳宇；文雙春；張晗Ultra-short pulse generation by a3 topological insulator based saturable absorberWavelength-tunable picosecond soliton4 fiber laser with Topological Insulator: Bi2Se3 as

8、a mode lockerSelf-Assembled Topological Insulator:5 Bi2Se3 Membrane as a Passive Q-Switcher in an Erbium-Doped Fiber LaserLarge Energy, Wavelength Widely6 Tunable, Topological Insulator Q-Switched Erbium-Doped Fiber LaserTopologicalInsulator:Bi2Te3 Saturable7 Absorber for the Passive Q-Switching Ope

9、ration of an in-Band Pumped 1645-nm Er:YAG Ceramic LaserThird order nonlinear optical property8of Bi2Se3趙楚軍；張晗；祁祥；2012 年 101 卷陳宇；王志騰；文雙春趙楚軍；鄒艷紅；陳宇；2012 年 20 期27888-27895王志騰；陸順斌；張晗；文雙春陳宇；趙楚軍；黃輝暉；2013 年 31 卷陳書青；唐平華；王志2857-2863 頁騰；陸順斌；張晗；文雙春陳宇；趙楚軍；陳書青；2014 年 20 卷杜鵑；唐平華；蔣國寶；張晗；文雙春唐平華；張曉琪；趙楚2013年 5卷軍；王勇；張晗；沈德元；文雙春；范滇元陸順斌 趙楚軍鄒艷紅2013 年 21 卷陳書青陳宇 李瑛 張2072-2082 頁晗 文雙春Broadband optical and microwave9 nonlinear response in topological insulat