石墨烯衍生材料的非線性光學性能研究及其理論模擬

《石墨烯衍生材料的非線性光學性能研究及其理論模擬》是依託中國科學院上海光學精密機械研究所，由王俊擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：石墨烯衍生材料的非線性光學性能研究及其理論模擬
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：王俊
• 依託單位：中國科學院上海光學精密機械研究所

項目摘要

隨著對石墨烯光電性質理解的不斷加深，針對石墨烯光子學的基礎套用研究在近兩年發展迅速，對開發低成本高效能的光子器件意義重大。本項目將在前期工作基礎上實驗與理論相結合深入研究石墨烯衍生光功能材料的非線性光學性質。製備並表征一系列典型的石墨烯衍生光學材料；以結合泵浦-探測和光散射的改進Z掃描為主要裝置，精確測量材料在時域和頻域上的非線性光學物理過程；以吸收介質Mie散射理論為主要模型，結合實驗數據定量分析衍生材料中各功能組分對整體非線性回響的貢獻，以及組分比例、結合方式、電子/能量轉移過程等對系統性能的影響及原因，進而獲得性能最佳化的複合材料模型，以此指導材料合成，實現高性能石墨烯光功能材料系統。本項目將以往先材料合成再光學性質研究的單向模式變為材料/化學和物理/光學之間雙向互補的研究模式，化學和物理學均衡發展能夠更好地發掘石墨烯材料的光子學套用潛力，對開拓其新套用領域也具有良好的帶動作用。

結題摘要

針對石墨烯及類石墨烯光子學的基礎套用研究對開發低成本高效光子器件意義非常重大，該項目在前期工作基礎上實驗與理論相結合深入研究了石墨烯衍生光功能材料及類石墨烯光功能材料的非線性光學性質，取得一系列重要的研究成果。本項目的順利實施為更好地發掘石墨烯及類石墨烯材料的光子學套用潛力，開拓其新套用領域具有良好的帶動作用。重要結果如下：（1）研究了本徵石墨烯的三階非線性光學物理效應，提出石墨烯基寬頻光限幅器件工作原理和性能調控技術，在碳納米基光限幅和飽和吸收材料物理和器件物理方面做了大量系統的工作。（2）研究了類石墨烯二維半導體的光學非線性吸收特性，揭示了其三階非線性物理機制，提出並驗證了非線性功能切變和調控策略，發展了相應的超快吸收型光子調製器件和技術，並在大面積類石墨烯MoS2光子功能材料製備上取得進展。 共發表SCI論文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，發表在ACS Nano [7, 9260 (2013)]論文被SCI基本科學指標ESI評為熱點論文“Hot paper”和高引用論文“Highly cited paper”；發表於Laser & Photonics Reviews [9, 427 (2015)]論文，作為封面論文出版；發表在Nanoscale [7, 2978 (2015)]論文，被遴選為2015年度熱點論文“Hot paper”；發表於Nature Communications [6, 8563 (2015)]論文，被知名網路學術媒體Phys.org和MIT Technology Review等報導。申請專利9項，1項獲授權；獲國際會議特邀報告9次，全國會議特邀報告7次。 項目負責人獲國家首批“萬人計畫—青年拔尖人才”（2012年），以及國家基金委“優秀青年科學基金項目”（2015年）。培養博士後1名，獲2批次國家博士後基金資助(No. 2014T70435, No. 2012M520049)；培養博士研究生3名，其中2人獲“國家獎學金”，1人獲中科院“院長優秀獎學金”；培養碩士研究生5名，其中已畢業博士2人，已畢業碩士3人。