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石墨片超快激光器閃耀登場!

(2010-03-29 06:55:12) 下一個
石墨片超快激光器閃耀登場!

http://www.optochina.net/html/news/10230.html

 

英國劍橋大學及法國CNRS的研究人員已經製造出超快鎖模(mode-locked)石墨片(graphene)激光器。由於石墨片為零能隙的半導體,這項研究成果不僅令人意外,而且顯示了石墨片在光電器件上大有可為。

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  石墨片為蜂巢晶格的碳原子平麵,其電子能以極高速運動,行為類似無靜止質量的相對論性粒子,亦即所謂的狄拉克粒子(Dirac particle)。自2004年問世以來,石墨片不斷以其獨特的電子與力學性質驚豔科學界,並在器件應用上展現廣泛潛力,因此被看好可能會取代矽成為未來電子器件新材料。最近,劍橋大學的Andrea Ferrari與其同事借助石墨片超快激光器的發明,證明了石墨片也可以應用於光電產品上。

  超快激光器在科技領域中的應用相當廣,目前製造超快激光器的主要技術是透過鎖模,鎖模激光器能以非常高的頻率產生超短脈衝波,仰賴的技術是半導體飽和吸收鏡(semiconductor saturable absorber mirror, SESAM)。然而,此價格昂貴的器件不僅製作過程複雜,而且頻寬相當有限。

  Ferrari表示,一般而言,能隙的存在是SESAM鎖模技術的基本條件,零能隙的石墨片能被應用在鎖模技術上確實令人驚訝。該團隊研究了石墨片如何吸收光子,以及光激發電子空穴在石墨片中的行為,結果發現泡利阻斷(Pauli blocking)在吸收飽和過程中扮演了關鍵的角色。

  根據泡利不兼容原理(Pauli exclusion principle),當電子躍遷到激發態的速率大於鬆弛速率時,吸收過程便達飽和,原因是激發態中已無可供電子躍遷的“空間”。由於石墨片中的狄拉克電子具有線性色散,意味著石墨片的飽和光吸收具有最大的頻寬,遠遠超過其它的已知材料。

  該團隊首先從石墨片溶液中取得石墨片-高分子複合物,接著將此複合物置於激光器共振腔中的兩根光纖之間。Ferrari表示,石墨片的操作波段從紫外光橫跨至遠紅外光,為理想的寬帶飽和吸收體,此超快激光器利用它的寬帶光學非線性特性,使得零能隙的石墨片不再局限於奈米電子學應用,而能跨足光電子學及積體光子器件。

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