石墨烯衍生材料的非线性光学性能研究及其理论模拟

随着对石墨烯光电性质理解的不断加深，针对石墨烯光子学的基础应用研究在近两年发展迅速，对开发低成本高效能的光子器件意义重大。本项目将在前期工作基础上实验与理论相结合深入研究石墨烯衍生光功能材料的非线性光学性质。制备并表征一系列典型的石墨烯衍生光学材料；以结合泵浦-探测和光散射的改进Z扫描为主要装置，精确测量材料在时域和频域上的非线性光学物理过程；以吸收介质Mie散射理论为主要模型，结合实验数据定量分析衍生材料中各功能组分对整体非线性响应的贡献，以及组分比例、结合方式、电子/能量转移过程等对系统性能的影响及原因，进而获得性能优化的复合材料模型，以此指导材料合成，实现高性能石墨烯光功能材料系统。本项目将以往先材料合成再光学性质研究的单向模式变为材料/化学和物理/光学之间双向互补的研究模式，化学和物理学均衡发展能够更好地发掘石墨烯材料的光子学应用潜力，对开拓其新应用领域也具有良好的带动作用。

针对石墨烯及类石墨烯光子学的基础应用研究对开发低成本高效光子器件意义非常重大，该项目在前期工作基础上实验与理论相结合深入研究了石墨烯衍生光功能材料及类石墨烯光功能材料的非线性光学性质，取得一系列重要的研究成果。本项目的顺利实施为更好地发掘石墨烯及类石墨烯材料的光子学应用潜力，开拓其新应用领域具有良好的带动作用。重要结果如下：1）研究了本征石墨烯的三阶非线性光学物理效应，提出石墨烯基宽带光限幅器件工作原理和性能调控技术，在碳纳米基光限幅和饱和吸收材料物理和器件物理方面做了大量系统的工作。2）研究了类石墨烯二维半导体的光学非线性吸收特性，揭示了其三阶非线性物理机制，提出并验证了非线性功能切变和调控策略，发展了相应的超快吸收型光子调制器件和技术，并在大面积类石墨烯MoS2光子功能材料制备上取得进展。.共发表SCI论文40篇，包含：ACS Nano 2篇(IF=12.881)、Nature Communications 1篇(IF=11.470)、Laser & Photonics Reviews 1篇(IF=8.008)、 Nanoscale 5篇(IF= 6.739)等。其中，发表在ACS Nano [7, 9260 (2013)]论文被SCI基本科学指标ESI评为热点论文“Hot paper”和高引用论文“Highly cited paper”；发表于Laser & Photonics Reviews [9, 427 (2015)]论文，作为封面论文出版；发表在Nanoscale [7, 2978 (2015)]论文，被遴选为2015年度热点论文“Hot paper”；发表于Nature Communications [6, 8563 (2015)]论文，被知名网络学术媒体Phys.org和MIT Technology Review等报道。申请专利9项，1项获授权；获国际会议特邀报告9次，全国会议特邀报告7次。.项目负责人获国家首批“万人计划—青年拔尖人才”（2012年），以及国家基金委“优秀青年科学基金项目”（2015年）。培养博士后1名，获2批次国家博士后基金资助(No. 2014T70435, No. 2012M520049)；培养博士研究生3名，其中2人获“国家奖学金”，1人获中科院“院长优秀奖学金”；培养硕士研究生5名，其中已毕业博士2人，已毕业硕士3人。