【東大新聞網9月27日電】（通訊員 物萱）在國家自然科學基金項目等資助下，AG真人娱乐呂俊鵬、倪振華教授團隊與山東大學何京良、張百濤教授團隊合作，運用缺陷工程提升二維可飽和吸收體器件性能，實現了基于二維Bi2O2Se可飽和吸收體的高性能的鎖模脈沖激光輸出。相關研究成果以“通過二維Bi2O2Se可飽和吸收體中的缺陷調控實現高輸出功率的鎖模激光（High output mode-locked laser empowered by defect regulation in 2D Bi2O2Se saturable absorber）”為題，發表在《自然通訊》（Nature Communications）。
圖1 a-c 原始Bi2O2Se納米片的TEM圖像；d-f Bi2O2Se納米片經過較短時間氩等離子體輻照後的TEM圖像；g-i Bi2O2Se納米片經過較長時間氩等離子體輻照後的TEM圖像。
圖2 a 缺陷調控後的Bi2O2Se的差分反射率變化趨勢；b 不同等離子體輻照時間下Bi2O2Se的非線性吸收變化；c 缺陷調控後Bi2O2Se可飽和吸收體的連續鎖模輸出的最大平均功率以及阈值泵浦功率趨勢；d 1.0 µm 鎖模全固态激光器性能對比。
高輸出功率的飛秒激光在精密加工、生物醫學、和科學研究等領域展具有重要的應用價值。可飽和吸收體是實現超短脈沖的關鍵光學元件，直接決定鎖模激光器性能。2009年以來，以石墨烯為代表的二維材料因具有十分優異的電子以及光學性能成為新一代高性能的可飽和吸收體材料和器件研究的熱點。二維材料中包含種類豐富的缺陷，通過表面和缺陷工程可以有效調控二維材料的能帶結構，進而對其電學、光學、磁學、機械等性能産生重要影響。然而，目前缺陷工程對二維材料中光生載流子動力學過程以及非線性吸收過程的調控機制尚未有詳細報道。
Bi2O2Se是一種新型的二維光電材料，具有大的非線性吸收系數以及良好的空氣穩定性。研究團隊通過利用氩等離子體輻照不同時間來精準調控二維Bi2O2Se中O空位以及Se空位缺陷态密度，可有效提高二維Bi2O2Se中光載流子的捕獲速率和缺陷輔助的俄歇複合速率，進而實現對其可飽和吸收參量的調控。将二維Bi2O2Se作為可飽和吸收體應用到全固态鎖模激光器中，實現了飛秒鎖模激光輸出，通過缺陷工程對二維Bi2O2Se可飽和吸收體進行調控後，鎖模激光性能得到了明顯提高（功率更高、脈寬更短），實現了665mW、266fs的超短脈沖激光輸出。
該項工作為二維材料超快載流子動力學過程以及非線性吸收特性調控提供了新途徑，并為二維材料超快光子學器件的設計和開發奠定了理論基礎。
供稿：物理學院
