材料學新革命:石墨烯與雷射

2020-12-05 OFweek維科網

　　2、石墨烯材料有望蘊育出新型寬帶雷射器

　　德國亥姆霍茲德勒斯登羅森多夫研究中心(HZDR)領導的國際研究小組，在強磁場作用下，對石墨烯中電子的動力學研究有望促進新型寬帶雷射器的研製。

　　研究人員將石墨烯放置在4特斯拉的磁場內，在磁場的作用下，迫使材料中的電子形成特定的能級，該能級被稱為朗道能級。隨後，研究人員用自由電子雷射器對這些能級進行了研究。博士生Martin Mittendorff說：「雷射脈衝激發電子，使它躍遷到特定的朗道能級。然後，用有時間延遲的脈衝來探測該系統如何運作。」研究人員發現，雷射泵浦了一些新電子進入朗道能級，然後這些朗道能級又以意想不到的方式逐漸被掏空。他們認為這是由電子間的碰撞導致的。

　　Stephan Winnerl博士做了一個類比來解釋這個過程：「想像一下，一個圖書館管理員整理一個三層書架上的圖書，她一次放置一本書，把在書架較低擱板的書放到中間擱板。她的兒子也一起『幫』她整理，每次從中間擱板拿兩本書，一本放在頂部擱板，一本放在較低的擱板上。她的兒子非常希望中間擱板上放置的書的數量減少，即使中間隔板正是他媽媽希望放滿書的擱板。」Winnerl說研究人員並不希望這個被稱為俄歇散射的效應太強或者耗散掉能級上的電子。

　　將石墨烯放置在磁場中發現了很多效應，電子在這種體系中的動力學之前並沒有被研究過。研究人員認為他們發現的這個現象具有實現雷射的可能性，而且產生的雷射波長在紅外和太赫茲範圍可以任意調諧。

　　Winnerl說：「很長一段時間以來，這種朗道能級雷射器被認為是無法實現的。但是現在，利用石墨烯，半導體物理學家的夢想有可能會變為現實。」

　　3、石墨烯或將取代SESAM成為飛秒光纖雷射器核心材料

　　飛秒光纖雷射器的應用領域非常廣闊，包括雷射成像、全息光譜及超快光子學等科研應用，以及雷射材料精細加工、雷射醫療（如眼科手術）、雷射雷達等領域。傳統的飛秒光纖雷射器核心器件——半導體飽和吸收鏡（SESAM）採用半導體生長工藝製備，成本很高，且技術由國外壟斷。

　　在飛秒光纖雷射器領域，石墨烯被認為是取代SESAM的最佳材料。2010年諾貝爾物理學獎獲得者撰文預測石墨烯飛秒光纖雷射器有望在2018年左右產業化。要實現真正的產業化，需要解決高質量石墨烯製備、大規模低成本石墨烯轉移、石墨烯與光場強相互作用、石墨烯飽和吸收體封裝以及雷射功率穩定控制等一系列關鍵技術。泰州巨納新能源有限公司經過多年持續研究，成功攻克了這些關鍵技術，率先實現了石墨烯飛秒光纖雷射器的產品化，主要性能指標均高於同類產品，具有很高的性價比和很強的市場競爭能力。

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