教學(xué)設(shè)備

福州大學(xué)物信學(xué)院徐金龍、李福山教授聯(lián)合南京大學(xué)、中科院福建物構(gòu)所，在非線性光電效應(yīng)領(lǐng)域取得了新進(jìn)展，研究成果近日以“Broadband photodetection of intense lasers via exciton-enhanced high-order multiphoton-absorption optoelectronics in 2D hybrid perovskite”（《二維雜化鈣鈦礦中激子增強(qiáng)的高階多光子吸收光電效應(yīng)實(shí)現(xiàn)寬帶強(qiáng)激光探測(cè)》）為題發(fā)表在Science Advances上。

超快超強(qiáng)的飛秒激光是現(xiàn)代科學(xué)中重要的前沿領(lǐng)域，有力支撐了科研創(chuàng)新創(chuàng)造活動(dòng)和先進(jìn)制造技術(shù)發(fā)展。對(duì)飛秒激光超強(qiáng)超快的時(shí)空特性進(jìn)行準(zhǔn)確表征是其研究和應(yīng)用的基本需要。但是常規(guī)的商用光電探測(cè)器飽和閾值較低，在飛秒激光超高的光強(qiáng)下會(huì)過(guò)飽和甚至產(chǎn)生不可逆的損傷，因此實(shí)際中需要用衰減片、分光元件或光限幅元件等光學(xué)器件對(duì)其衰減或分光再進(jìn)行測(cè)量。同時(shí)，飛秒激光在這些光學(xué)元件上會(huì)產(chǎn)生超連續(xù)譜、諧波、克爾效應(yīng)、自相位調(diào)制等多種非線性效應(yīng)，引起一系列測(cè)量誤差，因此相關(guān)研發(fā)對(duì)飛秒強(qiáng)激光直接表征的光電器件具有現(xiàn)實(shí)意義。

基于這一瓶頸問(wèn)題，研究團(tuán)隊(duì)提出了通過(guò)激子偶極子效應(yīng)極大增強(qiáng)高階多光子吸收的機(jī)制，并通過(guò)設(shè)計(jì)層狀鈣鈦礦的周期量子阱結(jié)構(gòu)，調(diào)控量子限域和介電限域效應(yīng)，實(shí)現(xiàn)了周期量子阱中強(qiáng)激子非線性效應(yīng)和優(yōu)秀電輸運(yùn)性能的平衡。研發(fā)的光電探測(cè)器成功實(shí)現(xiàn)高效的雙光子至五光子吸收光電效應(yīng)，可用于對(duì)800-2300納米的常用近紅外波段飛秒激光的直接表征，飽和光強(qiáng)超過(guò)21GW/cm²。光強(qiáng)及波長(zhǎng)響應(yīng)范圍均達(dá)到當(dāng)前報(bào)道的多光子探測(cè)器的最高水平。探測(cè)器對(duì)兩種高強(qiáng)度的飛秒激光（高斯光束和渦旋光束）均實(shí)現(xiàn)了準(zhǔn)確成像，性能顯著優(yōu)于商用的硅基CCD、InGaAs探測(cè)器、熱電陣列相機(jī)，證明了其在強(qiáng)場(chǎng)激光現(xiàn)象高精度表征上的重要潛力。

左圖：激子-偶極子增強(qiáng)高階多光子光電效應(yīng)原理；右圖：多光子探測(cè)器與商用探測(cè)成像器件對(duì)寬帶飛秒強(qiáng)激光成像效果的對(duì)比

該項(xiàng)研究有效克服了主流光電探測(cè)器的固有局限，為解決當(dāng)前飛秒強(qiáng)激光高精度表征上的技術(shù)限制提供了可行方案，也為發(fā)展基于高階非線性的光電器件提供了新思路。同時(shí)，該工作證明了合理利用光電材料的激子特性可實(shí)現(xiàn)高性能的光電探測(cè)器件，這為發(fā)展激子光電子學(xué)開拓出新的途徑。

福州大學(xué)為該論文的第一完成單位。本工作得到了南京大學(xué)祝世寧院士的悉心指導(dǎo)，福州大學(xué)物信學(xué)院許彥明博士后、福建物構(gòu)所徐豪杰博士為共同第一作者，物信學(xué)院徐金龍、李福山教授、福建物構(gòu)所孫志華研究員、南京大學(xué)現(xiàn)代工學(xué)院周林教授為共同通訊作者，其他合作者還包括物信學(xué)院黃衍堂教授。該研究獲得國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金、福建省閩江學(xué)者特聘教授、福建省優(yōu)秀博士后等項(xiàng)目的資助。（徐金龍）
 作者： 福州大學(xué)物理與信息工程學(xué)院