[发明专利]一种增强二维材料的偶数阶高次谐波的方法

说明书

本发明提供一种增强二维材料的偶数阶高次谐波的方法，属于光信号增强技术领域。该方法包括：1)制备二维材料，并测定二维材料的二次谐波光谱或四次谐波光谱；2)在二维材料上涂覆量子点薄膜；3)选择量子点的双光子吸收波长与激光器的发光波长共振；实现增强二维材料的偶数阶高次谐波的强度。本发明通过QD涂层方法大大提高了二维材料的非线性光学响应。

技术领域

本发明涉及光信号增强技术领域，具体涉及一种利用量子点增强二维材料的偶数阶高次谐波的方法。

背景技术

对电子激发的强量子约束使胶体量子点Quantum Dots(QD)能够通过简单地改变其物理尺寸来显著改变其能带结构。这种光谱可调谐性，加上超高的量子产率、长寿命的载流子寿命和基于溶液的过程使得量子点成为一种有吸引力的光活性材料，并使其能产生许多光子和光电子应用。

非线性光学是现代光学的基石，它为二维材料的研究和先进技术的发展提供了巨大的潜力。然而，在2D材料中，有限的光-物质相互作用长度和相位匹配过程的缺乏，极大地限制了非线性信号强度。例如，二维二硫化钼(MoS₂)具有非常强的敏感性(～10nmV^-1)，相比起其体形态的强度要高几个量级。但是它的二次谐波发射Second Harmonic Generation(SHG)和四次谐波发射Fourth Harmonic Generation(FHG)转换效率仍然太弱，无法应用于实际。单分子检测是近年来发展起来的一项先进技术，二次谐波信号含有很多重要的相位信息，但是即使是在共振条件下，信号也很难被侦测到。将非线性信号提高到实际应用水平或检测水平一直是低维光学物理领域的一个长期目标。近年来，等离激元和超材料被报道具有量级上的非线性增强，但局域电场增强牺牲了重要的空间相位信息，同时也会对仅有纳米厚度的材料造成辐照损伤；利用应变、电场、掺杂或共振激发可以实现大面积均匀非线性增强，但10倍的增强仍不能满足实际的需要。

发明内容

本发明目的在于提出一种利用量子点增强二维材料的偶数阶高次谐波的方法。

本发明可通过如下技术方案实现：

一种增强二维材料的偶数阶高次谐波的方法，其步骤包括：

1)制备二维材料，并测定二维材料的二次谐波光谱或四次谐波光谱；

2)在二维材料上涂覆量子点薄膜；

3)选择量子点的双光子吸收波长与激光器的发光波长共振；实现二维材料的偶数阶高次谐波的增强。

所述二维材料包括二硫化钼、二硫化钨、氮化硼和DANS分子膜中的其中一种或几种。

所述二维材料包括单原子层或多原子层。

所述量子点为壳芯结构量子点，其中，所述芯和所述壳的材料为IIB-VIA族化合物半导体材料。

所述量子点薄膜的厚度为50nm—300nm。

所述涂覆量子点的工艺具体为，利用旋涂仪器，旋涂量子点溶液，首先每秒500转速进行预转，然后立刻用每秒1500转至每秒5000转旋涂，其中每秒3000转旋涂效果最优。

所述量子点溶液的溶质为CdSe/ZnS壳芯结构量子点，量子点溶液的溶剂为甲苯、氯仿或者正己烷。

本发明的技术效果如下：

采用本发明，在二维材料中被量子点的双光子吸收所激发的能态可以因为激发态能量转移(EnergyTransfer，ET)而被极大增强。在旋涂量子点薄膜后，二维材料的二次谐波(SHG) 强度提升了令人震惊的1500倍，四次谐波也提高了两个数量级以上。这种巨大的非线性增强是相当普遍的。对于不同的二维材料系统和偶数阶谐波(2阶、4阶)均有效。