二維拓撲絕緣體三階非線性光學效應的機制和調控研究

《二維拓撲絕緣體三階非線性光學效應的機制和調控研究》是依託湖南大學，由文雙春擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：二維拓撲絕緣體三階非線性光學效應的機制和調控研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：文雙春
• 依託單位：湖南大學

中文摘要

拓撲絕緣體是一種具有奇異特性的量子功能材料，具有絕緣性體能帶結構和受時間反演對稱性保護的自旋分辨的金屬表面態，是當前凝聚態物理等領域的研究熱點，在光學和光子學領域也正在發展成一門新學科——拓撲光子學。2012年以來，申請人團隊發現二維拓撲絕緣體具有類似石墨烯的寬波段非線性特性和大的非線性折射率，並首次基於此實現了超快雷射輸出。本項目擬在前期工作基礎上，深入研究二維拓撲絕緣體的三階非線性光學效應，理論結合實驗闡明其非線性吸收和非線性折射率的影響因素，並揭示其物理機制。在此基礎上，研究二維拓撲絕緣體三階非線性光學特性的調控機制和方法，實現二維拓撲絕緣體非線性光學材料的可控制備。此外，研究基於二維拓撲絕緣體的一些典型三階非線性光學現象，並發展其在超快雷射鎖模、光開關、波長轉換等方面的套用。研究結果不僅有助於加深對狄拉克材料體系非線性光學特性的認識，更有助於拓展未來拓撲絕緣體光電器件的套用潛力。

結題摘要

拓撲絕緣體是一種具有奇異特性的量子功能材料，具有絕緣性體能帶結構和受時間反演對稱性保護的自旋分辨的金屬表面態，是當前凝聚態物理等領域的研究熱點，在光學和光子學領域也正在發展成一門新學科——拓撲光子學。本項目在前期工作基礎上，深入研究了二維拓撲絕緣體的三階非線性光學效應，理論結合實驗闡明了其非線性吸收和非線性折射率的影響因素，並揭示其物理機制。研究了二維拓撲絕緣體三階非線性光學特性的調控機制和方法，實現了二維拓撲絕緣體非線性光學材料的可控制備。此外，研究了基於二維拓撲絕緣體的一些典型三階非線性光學現象，並發展了其在超快雷射鎖模、光開關、波長轉換等方面的套用。主要取得以下一些成果：(1)實驗測量了二維拓撲絕緣體碲化鉍等材料的寬波段非線性折射率和非線性吸收係數，發現二維拓撲絕緣體材料具有寬波段的非線性吸收特性和大的非線性折射率。同時，實驗獲得了材料參數和激發條件對二維拓撲絕緣體非線性光學特性的影響規律，揭示了束縛電子和自由載流子對其非線性折射率的貢獻。(2)理論結合實驗研究了二維拓撲絕緣體材料參數、外場條件對其非線性光學特性的影響，實驗獲得了材料參數和外場對其光學特性的影響規律，研究結果對二維拓撲絕緣體的可控制備具有重要指導。(3)實驗研究了二維拓撲絕緣體的寬波段三階非線性光學效應，並發展了其在脈衝雷射產生、矢量光束調製、光開關等方面的套用，實驗獲得了不同波段穩定工作的脈衝雷射光源和光學調製器件。項目執行期間，項目組在國內外主要學術刊物上發表SCI論文35篇；培養博士研究生8名，碩士研究生2名。研究成果獲得2018年度高等學校科學研究優秀成果獎（科學技術）自然科學獎二等獎。