NiO纳米片中不同电子跃迁过程引发的非线性光学特性及其超快脉冲激光应用

AOM-zhanghuaijin具有3d结构的过渡金属氧化物材料其内部电子间存在强关联特性,具有特异的光电性能,对该类材料的研究和应用一直以来是物理学和光学等学科研究的热点。NiO是典型的过渡金属氧化物材料,目前已在光催化和光探测等光电方面获得了众多研究,对其光子与电子相互作用过程的基础探索,对于揭示其光激发下电子跃迁的动力学过程和拓展其应用范围有重要的意义。

山东大学张怀金教授研究团队以NiO纳米片所制备的薄膜为研究对象,探索了该强关联材料中光子与电子间相互作用过程,揭示了不同电子跃迁过程中,发现随着NiO纳米片薄膜厚度不同,其电子间的强关联性能加强,使其电子对光子表现出不同的线性和非线性光学响应过程,包括了带内跃迁的可饱和吸收特性、带间跃迁的三光子吸收和发射特性以及三光子吸收过程的饱和吸收特性,讨论了其在光学调制方面的应用可能性,包括光开关、光限幅和上转换发光等。在此基础上,优选NiO纳米片薄膜厚度,制作锁模器件,通过激光谐振腔设计,利用NiO带内跃迁所产生的饱和吸收特性,实现了波长为1.06 μm和1.34μm的全固态锁模脉冲激光设计,获得了脉冲宽度在85 ps和34 ps的连续锁模激光输出。该研究成果研究了光驱动下强关联材料中不同电子跃迁过程所产生光电性能的可裁剪性,设计了超快锁模器件,拓展了NiO材料的应用范围,也为强关联材料的研究及其光学应用提供了参考和借鉴。相关论文发表于Advanced Optical Materials (10.1002/adom.201600937)上。