ACS Nano：基于等離激子元半導體納米晶體的近/中紅外光學調制

【引言】

半導體中的電場效應是基于電流和電壓的非線性關系，同樣地，材料對于光場的非線性響應也能被用于光學調制。目前已經在多種材料中觀察到了可飽和吸收特性，包括有帶隙的材料和無帶隙的材料石墨烯等。然而有帶隙的材料吸收帶寬小，而無帶隙的材料由于Dirac點附近的態密度小而吸收強度低，這限制了飽和吸收體材料的可工作波段的帶寬和強度。

【成果簡介】

浙江大學的邱建榮教授、劉小峰副教授（共同通訊作者）等人提出基于半導體納米晶表面等離子體效應的可飽和吸收體，該可飽和吸收體具有同時覆蓋近紅外和中紅外的超寬工作帶寬（＞400THz），超快的載流子衰減速率（~315 fs）以及非常大的調制深度（~7 dB）。利用該可飽和吸收體，分別實現1.0，1.5?和2.8 um的脈沖激光，覆蓋了整個近紅外波段以及部分中紅外波段，最小脈寬達幾百飛秒。該非傳統表面等離子體納米晶的合成方法簡單、共振峰位可調以及超寬帶的光學非線性響應，為紅外非線性光子學及其功能構筑提供了一種新型的材料載體。

【圖文介紹】

圖1: Cu2-xS納米晶體的結構和表征

圖a : 該合成納米晶體的TEM圖像以及電子衍射圖形

圖b和c : 納米晶體側視圖和俯視圖的HRTEM圖

圖d和e : 納米晶體的粒度分布和XRD圖像

圖f和g : 該合成納米晶體圖Cu和S的XPS譜

圖2 : 合成納米晶體的線性光學吸收

圖a : 合成晶體的吸收譜

圖b : 計算出化合物Cu58S32的能帶結構和能態密度

圖c和d : 不同離子的摻雜和混合對等離子體共振的調制以及相應的共振峰波長和載流子密度之間的函數關系

圖3 : 等離激元半導體晶體的非線性光學吸收

圖a : 1300nm 下Cu2-xS和Cu2S的Z方向的掃描曲線

圖b : Cu2-xS的輸入能量密度與透射率之間的關系

圖c : 調制深度受到泵浦光的波長變化調制（波800nm,1200nm,1300nm,1400nm,能量密度都為28mJ/cm2）

圖d : 在波長1300nm的光源下等離激元晶體的瞬態吸收

圖4 : 1.5μm的超快脈沖

圖a :典型的鎖模光譜 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?圖b : 鎖模脈沖列

圖c : 自相關的脈沖跡 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ??圖d : 基本頻率的射頻光譜

圖5 : 2.8μm的超快脈沖

圖a : 典型的鎖模光譜

圖b : 輸出能量分別為126mW,167mW,214mW的脈沖列

圖c : 輸出能量在214mW的單脈沖波形，以及相應的射頻光譜

文獻連接 ：Universal Near-Infrared and Mid-Infrared Optical Modulation for Ultrafast Pulse Generation Enabled by Colloidal Plasmonic Semiconductor Nanocrystals (ACS Nano, 2016, DOI: 10.1021/acsnano.6b04536 )

作者簡介 :
邱建榮：浙江大學教授，博士生導師。2001年獲國家杰出青年基金，2008年入選教育部長江特聘教授，現任教育部“玻璃光纖材料與器件”創新團隊帶頭人。他的團隊主要從事功能玻璃、超快激光與玻璃相互作用以及無機發光材料的研究。迄今為止發表SCI收錄論文500余篇（國際權威期刊如Adv. Mater., J. Am. Chem. Soc., Angew. Chem. Int. Ed., Phys. Rev. Lett., Nano Lett.等影響因子大于3的215篇），被SCI他引9180余次。申請專利125項，授權54項（國外4項）。在OECC等國際會議作大會或邀請報告52次。8項研究成果被Nature的Science update等作了介紹。1999年獲日本稀土學會足立獎（每年1名）。2005年獲國際Otto-Schott研究獎（華人唯一），2007年獲日本陶瓷協會學術獎（華人首次）。兼任了中國硅酸鹽學報、J. Non-Cryst. Solids, Int. J. Appl. Glass Sci., Frontires in Materials-Glass Science等期刊的副主編或編委。

本文由材料人電子電工學術組徐瑞供稿，材料牛整理編輯。

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