WS2納米薄膜厚度依賴的三階非線性吸收特性研究

靳延平，盧春輝，趙奇一，徐新龍

（1 西北大學 物理學院 光子學與光子技術研究所，西安 710069）

（2 西安郵電大學 理學院，西安 710121）

0 引言

與傳統的塊體半導體材料不同，二維過渡金屬硫族化合物作為一種新型的半導體材料，表現出優異的光學和電學特性，例如超快載流子動力學，長的載流子壽命，高的電子遷移率［1］。因其優異的光電特性，二維過渡金屬硫族化合物已經成功應用在光電器件領域，例如光電探測器［2］，發光二極管［3］，場效應管［4］，太赫茲寬帶發射器件等［5-6］。作為典型的過渡金屬硫族化合物，單層WS2為直接帶隙半導體（帶隙～2 eV），塊體則為間接帶隙半導體（帶隙～1.1 eV）［7］。這種帶隙隨層數可調的特性使得WS2在強光作用下表現出很多新穎的非線性吸收特性［8］，例如飽和吸收，反飽和吸收和雙光子吸收等，為設計光限幅器件和鎖模器件等光子學器件提供了實驗和理論方面的支撐。

2015年DONG Ningning 等［9］利用532 nm 納秒激光研究了入射光強對WS2納米片分散液的非線性吸收的影響，結果顯示WS2納米片在較低的泵浦光強下表現出飽和吸收特性，然而隨著泵浦能量的增加轉變為反飽和吸收。該轉變主要與熱誘導的溶劑氣泡引起的非線性光散射有關。同樣在2015年ZHOU Kaige等［10］通過控制離心速度實現了不同尺寸的納米片的有效分離，在532 nm 皮秒激光激發下，小尺寸WS2納米片表現為反飽和吸收現象，然而大尺寸的納米片表現為飽和吸收現象，這種尺寸依賴的非線性吸收特性主要源自邊緣缺陷增強了激發態的吸收。……