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石墨烯在激光領域新用途:快速飽和吸收體

石墨烯總是會給人帶來驚喜,并展現出更驚人的性能,如極限拉伸強度或空前的導電性等。現在或許會給超快激光系統帶來莫大的幫助。

在最初實驗中,石墨烯是通過剝離更薄的石墨層制成的。石墨是黑色的,因此石墨烯也是黑色的。用科學語言來表達就是:它在可見光和紅外光譜等較寬的帶寬上顯示出強烈的光吸收特性。

來自德國亥姆霍茲德累斯頓羅森多夫研究中心(HZDR)的一群科學家們仔細地研究了石墨烯的IR吸收特性。通過與來自柏林、哥德堡和亞特蘭大研究小組進行的共同研究,他們發現了石墨烯全新的吸收特性。

到目前為止,我們知道石墨烯能在一定的激光能量密度下褪色。可以與其他材料一起使用,在超快激光系統中形成被動吸收體的可逆效應。這種過程能在激光腔中實現強大的超短脈沖。因此,它對于産生亞皮秒激光脈沖具有極大的價值。

研究人員發現,當波長為30至40飛秒的強烈紅外脈沖照射到石墨烯上時,出現了兩種褪色現象:第一種為每平方厘米7微焦耳,另一種為每平方厘米10微焦耳。第一個結果低得驚人,并且和新的理論預測一緻。他們假設該效應是基于涉及電子的多粒子散射。這種情況是史無前例的,并且與第二種褪色現象的模式不同。

在低能量密度下的褪色取決于電子移動率,因此速度非常快。這能支持高循環率,也正是高平均功率飛秒激光系統所需的。鑒于石墨烯的廣泛吸收光譜特性,它可用于幾乎整個可見光譜和IR光譜。

HZDR專家Jacob Konig-Otto表示:“石墨烯是一種非常有前途的吸收材料,其性能非常穩定,非常适合廣泛的波長。我們的研究結果有助于了解其基本過程,并有助于構建更好的吸收體。”

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