黑磷等二维材料的非线性光学特性研究

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1、学校代号10532学号B140700173分类号TN929密级博士学位论文黑磷等二维材料的非线性光学特性研究学位申请人姓名徐艳华培养单位物理与微电子科学学院导师姓名及职称张晗教授学科专业电路与系统研究方向非线性光学论文提交日期2017年12月01日学校代号：10532学号：B140700173密级湖南大学博士学位论文黑磷等二维材料的非线性光学特性研究学位申请人姓名：徐艳华导师姓名及职称：张晗教授培养单位：湖南大学专业名称：电路与系统论文提交日期：2017年12月01日论文答辩日期：2017年12月03日答

2、辩委员会主席：陈克求教授Theresearchonnonlinearopticalpropertiesoftwo-dimensionalmaterialssuchasblackphosphorusbyXUYanhuaB.E.(HeFeiUniversityofTechnology)2006M.S.(UniversityofScienceandTechnologyofChina)2009AdissertationsubmittedinpartialsatisfactionoftheRequirementsf

3、orthedegreeofDoctorofEngineeringinCircuitsandSystemsintheGraduateSchoolofHunanUniversitySupervisorProfessorZHANGHanDecember,2017博士学位论文学位论文原创性声明和学位论文版权使用授权书湖南大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的

4、研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权湖南大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于1、保密□，在年解密后适用本授权书。2、不保密□√。(请在以上相应方框内打“√”)作者签

5、名：日期：年月日导师签名：日期：年月日I黑磷等二维材料的非线性光学特性研究摘要非线性光学是光子学的研究基础，广泛用于光信息技术、激光技术、材料分析和纳米光子技术中。非线性光学效应是非线性光学研究的热点。寻找具有大的非线性极化率、高损伤阈值和合适的响应时间的非线性光学材料一直是研究人员追寻的目标。二维纳米材料具有优异的非线性光学效应，广泛用于激光器、光调制器和光开光等光电器件中，引起了科研人员的广泛关注。石墨烯是最早发现的二维材料，具有工作带宽宽、非线性折射率大和响应时间快等优点，在激光器领域的应用已经逐渐

6、成熟。但是，石墨烯材料本身是零带隙的电子结构，特别是损伤阈值低、调制深度可调范围小和存在热效应等缺点限制了其在高能量激光器中的应用。因此，科研人员进一步寻找具有宽波段饱和吸收特性、超快响应时间、低损耗阈值、大调制深度、高损伤阈值和低成本等优点的二维材料。除了石墨烯外，拓扑绝缘体、过渡金属硫化物和黑磷等二维材料相继被制备出来。这些二维材料具有不同的能带结构，展现了不同的物理、化学和电学等性质。本文针对拓扑绝缘体和黑磷等二维材料的制备和非线性光学特性进行了系统的研究，取得了以下成果：（1）采用自下而上的实验方

7、法制备拓扑绝缘体：硒化铋，得到了尺寸均一的双层硒化铋纳米片，厚度为3-7nm。实验结果表明，这种方法制备过程简单，重复率高，并且能控制硒化铋的尺寸。这种制备超薄均匀的硒化铋纳米片的方法为其他二维材料的制备提供了新的思路，将有可能被推广到其他二维层状材料制备中。此外，采用飞秒Z扫描技术，在800nm波段，实验测得硒化铋在800nm和1565nm波段具有良好的饱和吸收特性。在800nm，通过拟合得到硒化铋-2纳米片的饱和光强为32GWcm，调制深度为88%。在1565nm，拟合得到的硒-2化铋纳米片的饱和光强

8、为3.7MWcm，调制深度为36%。把双层硒化铋纳米片作为可饱和吸收体用于被动锁模激光器中，能产生中心波长为1571nm，脉宽为579fs，重复频率为12.54MHz的锁模脉冲。（2）系统研究了尺寸对黑磷材料的非线性光学性质的影响。用液相剥离法结合分段离心技术制备三种不同尺寸的黑磷纳米片。通过透射电子显微镜、原子力显微镜、拉曼仪器以及粒度分析仪等仪器表征这三种黑磷纳米片的形态差异。通过Z扫描技术和泵浦-探测技术从实验上证实，黑