过渡金属硫化物二维纳米片的光限幅特性及其理论模拟

【摘要】：本文采用Z扫描技术研究了多种过渡金属硫化物(MoS_2,MoSe_2,WS_2和WSe_2)纳米片分散液在纳秒脉冲作用下的非线性光学特性。基于分散液系统,提出了一个理论模型来估算纳米片的数密度,通过入射脉冲能量与气泡半径的关系可以建立入射脉冲能量与气泡Mie散射诱导的光限幅响应之间的关系。在石墨烯研究的推动下,二维纳米材料受到了高度重视。作为类石墨烯材料,层状过渡金属硫系化合物优异的超快载流子动力学、荧光和电光特性、超快非线性吸收特性、倍频特性,及其从体材料到单层的间接带隙到直接带隙的转变等,使得其在光子学和光电子器件等领域有广阔的应用潜力。然而,面向未来光子学和光电子学应用,这些材料在超快非线性光学性质方面的研究还需完善。我们通过液相剥离技术制备过渡金属硫系化合物的分散液,包括MoS2,MoSe2,WS2和WSe_2,并通过Z扫描技术研究了其在纳秒脉冲激光作用下的非线性光学性质。实验中,我们采用532 nm和1064 nm的脉冲激光,脉宽6 ns,频率2 Hz。采用10 mn×10 mm的石英比色皿盛装样品。研究发现,在近红外1064 nm,所有样品均表现为热致非线性散射(NLS)引起的光限幅现象;在可见532 nm,则为饱和吸收(SA)和热致非线性散射的共同作用。另外,在近红外波段,硒化物的光限幅效应比硫化物强。基于分散液系统,我们提出了一个理论模型来估算纳米片的数密度,通过入射脉冲能量与气泡半径的关系可以建立入射脉冲能量与气泡Mie散射诱导的光限幅响应之间的关系,这对于理解纳米片分散液中的非线性散射过程是非常有益的。