拓扑绝缘体基复合材料的高灵敏光响应在近-中红外超快波导激光和光波导探测器的应用研究

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    11774161
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    65.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    A2204.超快超强光物理
  • 结题年份:
    2021
  • 批准年份:
    2017
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2018-01-01 至2021-12-31

项目摘要

The two fundamental components of on-chip integrated photonics system are waveguide laser and photodetector, respectively operating as signal source and signal acquisition. The application of two-dimensional nanomaterial in the waveguide laser and photodetector can optimize their structure and photoelectric properties, which is attractive for the development of integrated photonics field. Therefore, we choose two-dimensional topological insulators Bi2Te3 and Bi2Se3 with broadband high photoresponsivity, to combine with MoS2 and black phosphorus to prepare some different heterojunctions. MoS2 and black phosphorus have a special property that their energy band structures depend on their layers. We will study the dependence of the photoelectrical properties on the microscopic structure of heterostructure, and give a universal method to design with ultrahigh photoresponsivity. Based on the improvement on waveguide fabrication technique, we will fabricate high-quality laser waveguides and photodetector waveguides. We will also optimize on the preparation of heterostructure and design of the waveguide devices. Finally, with the topological insulator-based heterostructure, efficient, low-energy-consumption, and stable Q-switched and mode-locked lasers in the 1.0-2.0μm wavelength region will be realized. Further, a multchannel photodetector with ultrahigh photo sensitivity at 1-5um can be also achieved. Our results demonstrate the potential of topological insulator-based heterostructure for the applications in nanoelectronic devices and integrated photonics system.
作为信号源的波导激光和用于光信号采集转换的波导光探测器是片上集成光学系统的基本组成器件.用优异光电特性的二维纳米材料提高这两种波导器件性能,对于正在快速发展的集成光学具有重要意义.本项目针对此需求,选择具有宽带光响应的二维Bi2Te3、Bi2Se3拓扑绝缘体,分别与具有层数确定能带特性和高电子迁移率的二维过渡金属硫化物、黑磷复合,制备多种纳米异质结构;阐明不同材料复合的微观结构改性宏观光电性能的机制,总结出普适性的宽带高灵敏光响应复合材料设计方法;制备高质量的多波段激光波导和探测器波导;建立二维复合材料波导激光和波导光探测器的理论模型,优化二维复合材料与光波导耦合技术以及多通道波导设计方法,基于二维复合材料实现1-2μm波段调Q和锁模波导激光,以及1-5μm高灵敏、快响应时间的多通道波导光探测器;为二维复合材料的设计、微型波导光电器件制作提供新思路与指导,以满足集成光学的发展需求.

结项摘要

本项目旨在探索多种新型拓扑和量子光电材料在新一代集成光子系统的应用价值,以满足当前对波导短脉冲激光、光探测器、全光调制器、真空紫外高次谐波光源等集成光学器件的紧迫需要。在执行期间,遵循并拓展了研究方案和计划,较好的完成了本项目的研究目标。主要研究成果如下:.(1)通过复合异质结、离子掺杂、新结构设计等技术手段实现了多种量子材料的高质量制备:WSTe、WSeTe、MoSTe、MoWTe、二维有机无机杂化钙钛矿、Bi2Te3/perovskite、WP2拓扑半金属、锑烯半金属量子点等;(1)实现了拓扑三元合金系列WSTe、WSeTe、MoSTe, MoWTe饱和吸收体的0.6-2.0µm调Q脉冲激光器,与其二元母体的结果相比可将脉冲宽度压缩50%以上;(3)实现了拓扑绝缘体基复合材料Bi2Te3/perovskite调Q的2.0µmTm:YAP脉冲波导激光,最短脉冲可达207ns,相比纯Bi2Te3调Q脉冲宽度压缩了310%,脉冲能量提高了30%;(4)成功制备了Bi2Te3-Ta2O5波导探测器,并理论上对宽波导波导探测器的色散控制优化进行了深入探索;(5)实现了高灵敏、快速响应的离子掺杂Co:BiCuSeO光热电探测器,响应波段覆盖0.4-1.6µm,证明了光热电机制可有效克服常规半导体响应受带隙所限的缺点;(6)基于新型窄带隙二维有机无机杂化钙钛矿实现了高灵敏的光电导探测器,响应波段可达到0.4-1.1µm;(7)实现了锑烯半金属量子点的高效等离激元吸收,实现了弱光对强飞秒激光的全光开关,调制波段1.6-2.3 μm,强度调制比高达1:10^7,是相关文献报道的最高水平;(8)在拓扑材料WP2上实现了高达10阶的高次谐波产生,受激辐射发光可达到190nm真空紫外,证明拓扑测材料高次谐波技术可实现用于高端光刻的超快深紫外激光。. 以上工作超额完成了本项目预期的目标,在波导激光,波导探测器,全光计算,强激光操控防护、拓扑材料能带精细测量等领域具有重要的应用潜力,相关研究成果已撰写9篇论文发表在Nature communication, Advanced Materials, Advanced Optical Materials等SCI期刊,还有数篇论文正在投稿和撰写中。

项目成果

期刊论文数量(8)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Generation of ∼2.0 μm continuous wave laser in a novel Tm:Gd2SrAl2O7 crystal
在新型 Tm:Gd2SrAl2O7 晶体中产生 ∼2.0 μm 连续波激光
  • DOI:
    10.1016/j.jallcom.2020.157970
  • 发表时间:
    2020-11
  • 期刊:
    Journal of Alloys and Compounds
  • 影响因子:
    6.2
  • 作者:
    Feifei Yuan;Mudong Wang;Wenbin Liao;Lehui Liu;Yisheng Huang;Lizhen Zhang;Shijia Sun;Guofu Wang;Jinlong Xu;Zhoubin Lin
  • 通讯作者:
    Zhoubin Lin
Spectroscopic properties and continuous-wave laser performance of Yb:Gd2SrAl2O7 crystal
Yb:Gd2SrAl2O7晶体的光谱特性和连续波激光性能
  • DOI:
    10.1016/j.jallcom.2019.151715
  • 发表时间:
    2019-11
  • 期刊:
    Journal of Alloys and Compounds
  • 影响因子:
    6.2
  • 作者:
    Yuan Feifei;Huang Yisheng;Liu Lehui;Zhang Lizhen;Sun Shijia;Wang Guofu;Du Zhengting;Lin Zhoubin;Xu Jinlong
  • 通讯作者:
    Xu Jinlong
Liquid metal as a broadband saturable absorber for passively Q-switched lasers
液态金属作为被动调Q激光器的宽带可饱和吸收体
  • DOI:
    10.3788/col202018.111901
  • 发表时间:
    2020-11
  • 期刊:
    Chinese Optics Letters
  • 影响因子:
    3.5
  • 作者:
    Zhang Tianqi;Wang Mudong;Xue Yang;Xu Jinlong;Xie Zhenda;Zhu Shining
  • 通讯作者:
    Zhu Shining
Enhanced nonlinear optical response of layered WSe_(1.4)Te_(0.6) alloy in 1 μm passively Q-switched laser
1 μm被动调Q激光器中层状WSe_(1.4)Te_(0.6)合金的增强非线性光学响应
  • DOI:
    10.3788/col201917.121404
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    Chinese Optics Letters
  • 影响因子:
    3.5
  • 作者:
    Du Zhengting;Zhang Tianqi;Xie Zhenda;Ning Jian;Lu Xinjie;Xu Jinlong;Zhu Shining
  • 通讯作者:
    Zhu Shining
Plasmon-Assisted Broadband All-Optical Control of Highly Intense Femtosecond Laser by Weak Continuous-Wave Laser
弱连续波激光器对高强飞秒激光的等离子体辅助宽带全光控制
  • DOI:
    10.1002/adom.202000560
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    Advanced Optical Materials
  • 影响因子:
    9
  • 作者:
    Zhang Chi;Wu Hao;Xu Yanming;Xu Jinlong;Yan Zhong;Hu Yonghong;Xie Zhenda;Zhu Shining
  • 通讯作者:
    Zhu Shining

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其他文献

基于石墨烯可饱和吸收被动锁模超快全固体激光器的研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2011
  • 期刊:
    光学学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    何京良;郝霄鹏;徐金龙;李先磊;杨英
  • 通讯作者:
    杨英
基于半导体可饱和吸收镜锁模的Yb:NaY(WO_4)_2飞秒激光器
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2012
  • 期刊:
    中国激光
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    张海鹍;崔雪龙;徐金龙;杨英;何京良;涂朝阳
  • 通讯作者:
    涂朝阳
2.5~5.0μm波段中红外激光晶体的生长和性能研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    中国科学:技术科学
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    王燕;李坚富;游振宇;夏候平;朱昭捷;徐金龙;涂朝阳
  • 通讯作者:
    涂朝阳
西藏羊八井天文台多波段台址监测
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    天文学进展
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    王俊杰;何丽萍;吕金泉;李建斌;徐金龙;徐刚;李楠
  • 通讯作者:
    李楠
应用GrADS软件正确绘制中国地图中南海诸岛附图
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2013
  • 期刊:
    大气科学学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    张福颖;宋静;刘菲;徐金龙
  • 通讯作者:
    徐金龙

其他文献

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徐金龙的其他基金

高效多光子吸收新机制在飞秒强激光探测的应用研究
  • 批准号:
    62375122
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    48 万元
  • 项目类别:
    面上项目

相似国自然基金

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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