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光学工程
单层二硫化钼的巨暗态激子共振双光子吸收效应

层状MoS2是一种极具代表性的二维半导体,特别是其可见到近红外波段的可调谐带隙特性在开发新型光电功能器件方面具有独特优势。然而,该类半导体带隙的层数依赖特性对其非线性光学响应的影响规律及物理机理目前尚不清楚,大大限制了该类材料在开发高性能超快光调制器等全光器件上的潜力。

中国科学院上海光学精密机械研究所王俊研究员课题组在二维半导体超快非线性光学的研究中取得重要进展,在国际上揭示了单层二硫化钼(MoS2)独特的暗态激子共振双光子吸收特性。该研究成果发表在Laser & Photonics Reviews [9, 427–434 (2015)]上。

王俊课题组精确测量并揭示了二维2H-MoS2单晶(~0.7nm)在近红外波段具有优异而独特的暗态激子共振双光子吸收特性,证实了单层MoS2的巨双光子吸收系数~7.6x103 cm/GW,高出常规半导体3-4个数量级,并从单层中观测到激子暗态的双光子激发频率上转换发光;通过改变层数实现了非线性响应的调控工程,揭示了MoS2禁带宽度与光子能量的博弈关系;从单个MoS2寡层晶畴中观测到的近红外饱和吸收是对近期广泛报道的MoS2寡层锁模、调Q器件工作机理的直接证明。实验结果可以推论,在总层数相同的情况下,分立的MoS2单层与叠加的MoS2寡层会分别通过双光子吸收机制和饱和吸收机制对超短激光脉冲的强度分布产生截然相反的调制作用,这一独特的材料特性可以作为特殊功能光调制器件设计的重要参考。


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