二维原子晶体宽波段超快饱和吸收机理研究

The saturable absorbers based on two-dimensional atomic crystal material have shown broadband working wavelengths which are larger than their band gaps. The traditional theory of saturable absorption can not fit to the practical application problems.The ultra-fast kinetics of ultra-fast saturated absorption of two-dimensional atomic crystals will be studied with ultrafast spectroscopy in this work, which will be helpful to investigate the fast saturated absorption theoretical model and the precise regulation of two-dimensional atomic crystal material. The project is committed to the comprehensive utilization of microscopy confocal Raman fluorescence test, micro-area transient absorption spectroscopy, femtosecond fluorescence upconversion and other advanced ultrafast spectral test methods. The study will be carried out from multi-level to investigate the wide band saturation absorption mechnism of two-dimensional atomic crystal. A clear wideband ultrafast saturation absorption mechanism for two-dimensional material will be founded, which will be helpful to the application of ultrashort pulse laser with two-dimensional materials.

基于二维原子晶体材料饱和吸收体表现出了远大于其带隙所对应波段的工作波长，传统饱和吸收理论已经无法用于解决应用中的实际问题。采用超快光谱技术研究二维原子晶体超快饱和吸收的超快动力学过程，对于探究二维原子晶体材料宽波段饱和吸收的超快动力学过程与机理、构建二维原子晶体材料宽波段超快饱和吸收理论模型、探寻精确调控二维原子晶体材料宽波段超快饱和吸收特性的有效方案具有重要意义。本项目致力于综合利用显微共聚焦拉曼荧光测试技术、微区瞬态吸收光谱测试技术、飞秒荧光上转换等先进超快光谱测试手段，多层次开展二维原子晶体宽波段饱和吸收超快动力学过程研究，明确二维原子晶体宽波段超快饱和吸收机理，建立二维原子晶体超快饱和吸收模型，为二维材料在超短脉冲激光中的应用走向实用化提供理论和实验基础。

二维原子晶体材料饱和吸收体表现出了远大于其带隙所对应波段的工作波长，传统饱和吸收理论已经无法用于解决应用中的实际问题。本项目综合利用显微共聚焦拉曼荧光测试技术、微区瞬态吸收光谱测试技术、飞秒荧光上转换等先进超快光谱测试手段，研究完成了二维原子晶体材料瞬态吸收载流子动力学过程，揭示了这些过程中蕴藏的丰富物理内涵，分析了材料厚度、组分、缺陷以及掺杂等物性参数对载流子弛豫过程的影响，揭示了激光脉宽、波长、重频、功率等参数对材料中载流子弛豫过程的影响机制；通过研究建立并完成了二维原子晶体材料宽波段饱和吸收模型，分析了瞬态吸收超快动力学过程对宏观饱和吸收特性的影响规律，研究了非常温、大注入条件下二维原子晶体材料瞬态吸收的超快载流子动力学过程，并结合典型实验结论对模型进行了验证与修正；最终形成了精确调控和选择二维原子晶体材料宽波段超快饱和吸收特性的有效方案，建立了进一步压缩超快锁模脉冲激光脉宽的有效手段，并完成了实验验证。