碳基纳米材料超快光学非线性及其非线性光学显微成像研究

碳基纳米材料具有优异的光电子性能和非线性光学性质，在物理、化学、材料等很多领域有着重要的应用价值。目前，对碳基纳米材料，尤其是一维结构的碳纳米管和二维结构的石墨烯在超快光子学中的应用及其构效关系的研究已成为了备受瞩目的国际前沿和热点。但是，从微观角度对碳基纳米材料的非线性光学性质的研究还很少。本项目拟以碳纳米管、石墨烯这两种碳基纳米材料为主体，利用飞秒激光脉冲下的泵浦探测和光学非线性测量方法研究其超快光学非线性以及结构与性能间的关系，并以此为基础重点实现和发展对碳纳米管、石墨烯微纳及单体结构的非线性光学显微成像，从微观角度来研究碳基纳米材料的非线性光学性质，从而期望能获得宏观测量所无法得到的光学非线性信息和构效关系，并推动非线性光学显微成像机制及碳基纳米材料微观表征的发展。通过该项目的工作，争取在国际该领域的研究中形成自己的特色和优势。

石墨烯、碳纳米管等碳基纳米材料具有优异的光电子性能和非线性光学性质。增强碳基纳米材料与光的相互作用，提升其光电子性能是人们广泛关注的问题。在本项目的研究中，我们以石墨烯样品的制备、转移为基础，采用传统的测量方法和新型的光学结构对石墨烯光学性质和超快载流子动态过程进行了研究。首先，实现了机械剥离石墨烯的图形化和选择性转移，为实现石墨烯光学显微成像提供了样品保障；其次，将石墨烯与全内反射结构结合，发现了石墨烯对光吸收的增强和偏振依赖性，获得了新型的石墨烯微结构显微成像和层数分辨，实现了高分辨率的折射率传感和单细胞检测；最后，在石墨烯的飞秒超快泵浦-探测测量中，揭示了石墨烯中光激发载流子动量空间分布的演化，研究了石墨烯超快光学非线性以及结构与性能间的关系。这些研究结果对增强石墨烯与光的相互作用，更好的认识石墨烯光学非线性的超快过程有着重要的科学意义。