新型二维材料的非线性光学特性及其在超快激光中的应用

1、项目名称主要完成单位主要完成人（职称、完成单位、工作单位）2017 年度广东省科学技术奖项目公示新型二维材料的非线性光学特性及其在超快激光中的应用深圳大学湖南大学姓名排名职称工作单位完成单位对本项目的主要贡献张晗1教授深圳大学深圳大学本项目总负责人，是本项目学术思想和研究方案的提出者。本项目主要参加者，负责具体陆顺斌2讲师深圳大学湖南大学实施。科学发现一、科学发现三的贡献者，科学发现二和科学发现三的主要参与者。本项目的主要参加者，负责具赵楚军3教授湖南大学湖南大学体实施。科学发现二的直接贡献者，科学发现三和科学发现四的主要贡献者。陈宇4讲师深圳大学深圳大学本项目的主要参加者，科学发现三的直接贡

2、献者。杜娟5未取得湖南大学湖南大学本项目的主要参加者，科学发现一的直接贡献者。项目简介陈书青6讲师深圳大学湖南大学本项目的主要参加者，科学发现三的直接贡献者。本项目的主要参加者，科学发唐平华7讲师湘潭大学湖南大学现二的直接贡献者二维材料（ 2D-Materials ）是由单一或几层不同的原子组成的新型材料，它们通常可以由层状材料剥离得到，具有独特的物理和化学性质。以石墨烯为代表的二维材料的出现对现代电子、通信和光电子学等领域产生了重要的影响，是当今重大科学前沿；同时，二维材料具有广阔的应用前景，如太阳能电池、光电调制器和光电探测器等。 本课题组自 2012 年开始，研究二维材料（石墨烯、二硫化

3、钼、拓扑绝缘体等）与激光相互作用的新现象和新规律，并探索其在超快激光器和通信等领域的应用，获得了一系列新发现。主要发现点及其科学价值总结如下：1. 发现了二硫化钼材料中的宽带非线性光学吸收响应，获得了其光学参数及调控规律，研制出基于二硫化钼的新型超快光子器件。研究结果揭示了二硫化钼从可见到近红外波段的非线性光吸收特性，实验发现了其宽带可饱和吸收效应并实现了在光纤激光器中的锁模应用。利用微纳光纤与光沉积相结合的技术，进一步深入研究了二硫化钼的光子器件，研制出基于二硫化钼饱和吸收体的高能量光纤锁模脉冲激光器。二硫化钼宽带非线性光学特性的发现和应用，为脉冲激光器锁模和调 Q提供了新的手段。2. 首次

4、研制了基于二维拓扑绝缘体的可饱和吸收器件，实现了性能稳定、波长宽调谐的超快激光输出。研究结果拓展了人们对拓扑绝缘体材料的认识，为构筑新型光电器件奠定了基础，完成了基于拓扑绝缘体的宽波段调 Q/锁模的光纤脉冲激光器及固体脉冲激光器，为拓扑绝缘体在超快脉冲激光器的应用上提供了方向和基础，也为高功率、宽调谐脉冲激光器的研制提供了新的手段。3. 发现了二维拓扑绝缘体的非线性光克尔效应及非线性微波吸收特性，获得了其光学响应参数及调控规律，为基于拓扑绝缘体的全光调制和全光信号处理技术提供了有效的理论和实验支撑。研究结果表明拓扑绝缘体具有大的非线性折射率系数，并在微波波段具有可饱和吸收特性，在微波通信、信号

5、处理、数据存储、激光制造甚至军事器件上将展现巨大的应用潜力。4. 首次发现石墨烯在微波波段的非线性响应，拓展了石墨烯非线性可饱和吸收的范围，进一步验证了石墨烯宽带可饱和吸收效应和规律。研究结果将石墨烯的潜在应用从可见光发展到微波波段，对发展基于石墨烯的光子器件和微波器件具有重要的意义。该项目在三年多的研究期间，在国内外杂志上发表SCI 论文 60 篇，累计被引用2453 次，他引 1928 次。其中，10 篇代表性论文均为ESI 高引用论文，另有一篇入选“ ESI 热点论文”和“ 2014年中国最具影响力国际学术论文”。 十篇代表性论文共被包括 Nature Photonics 、Physic

6、al Review Letters 、Laser Photonics Review、Advanced Materials 等 SCI 杂志引用 1280 次， SCI 他引 1013代表性论文专著目录次。序号12论文名称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年卷页码国内作者2014 年 22 卷张晗；陆顺斌；杜鹃；7249-7260 页文双春张晗；王庆凯；蒋国宝；2014 年 4 卷 6346许长文；赵楚军；项元页江 ；陈宇；文双春；张晗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赵楚军；张晗；祁祥；2012 年 101 卷陈宇；王志腾；文双春赵楚军；邹艳红；陈宇；2012 年 20 期27888-27895王志腾；陆顺斌；张晗；文双春陈宇；赵楚军；黄辉晖；2013 年 31 卷陈书青；唐平华；王志2857-2863 页腾；陆顺斌；张晗；文双春陈宇；赵楚军；陈书青；2014 年 20 卷杜鹃；唐平华；蒋国宝；张晗；文双春唐平华；张晓琪；赵楚2013年 5卷军；王勇；张晗；沈德元；文双春；范滇元陆顺斌 赵楚军邹艳红2013 年 21 卷陈书青陈宇 李瑛 张2072-2082 页晗 文双春Broadband optical and microwave9 nonlinear response in topological insulat