衢州职业技术学院 信息工程学院，衢州 324002
为了实现红外波段的双频带完美吸收，采用将不同电子掺杂浓度的单层带状黑磷在同一平面内交错排列的方法，进行了理论分析和仿真模拟，得到了此器件在红外波段的吸收光谱和传感性能。结果表明，此吸收体可以在波长2 μm~5 μm的红外波段范围内实现双频带的完美吸收（吸收率大于99.9%）,此高吸收率是由于入射光波与器件满足了临界耦合条件而形成了共振加强; 在共振波长处，光波被限制在黑磷附近; 此超材料吸收体的双频带特性在其作为传感器使用时具有独特的优势，可以提高传感器的可靠性和准确性; 吸收波峰的偏移量与覆盖在此器件上的未知物质的折射率基本呈线性关系，用此器件测得的未知物质的折射率与实际的折射率的误差在1%以内。该超材料吸收体结构简单，对制作工艺的尺寸精确度要求不高，在红外波段的多频带吸收和传感检测方面将会有广泛的应用。
光谱学 黑磷 双频带 超材料 完美吸收 传感 spectroscopy black phosphorus dual-band metamaterial perfect absorption sensing
1 哈尔滨理工大学测控技术与通信工程学院黑龙江省激光光谱技术及应用重点实验室，黑龙江 哈尔滨 150086
2 哈尔滨工业大学机电工程学院，黑龙江 哈尔滨 150086
介绍了一台2 μm波段的被动调Q（PQS）模式Tm∶YAP激光器。该激光器采取直形腔结构，用输出中心波长为792 nm的激光二极管作为泵浦光源，用新型二维材料黑磷制备的可饱和吸收体作为PQS调制器件。实验结果表明：在连续波模式运转下，当泵浦功率为8.8 W时，Tm∶YAP激光器的输出功率为1.0 W，输出中心波长为1994.8 nm，相应的斜率效率为17.3%；在PQS模式运转下，当泵浦功率为8.8 W时，Tm∶YAP激光器的平均输出功率为0.9 W，输出脉冲宽度为1.3 µs，重复频率为135.8 kHz；当平均输出功率为0.9 W时，Tm∶YAP激光器的输出中心波长为1986.7 nm，相应的斜率效率为14.2%，光束质量因子=1.10、=1.06。
激光器 被动调Q Tm∶YAP激光器 黑磷可饱和吸收体 光束质量因子 激光与光电子学进展
2023, 60(1): 0114006
1 高压科学研究中心，亚稳材料制备技术与科学国家重点实验室，燕山大学，河北 秦皇岛 066004
2 河北省微结构材料物理重点实验室，燕山大学理学院，河北 秦皇岛 066004
电子设备的增多使得吸波材料在**和民用领域具有广泛的应用。当前研究的重点在于制备吸收强、频带宽、质量轻、厚度薄的新型吸波材料。利用高温高压成功合成黑磷(BP)和硫掺杂黑磷(BP-S)晶体，并使用液相剥离的方法制备BP和BP-S纳米片。高频电磁参数测量发现相较于BP，硫元素的掺杂使得BP-S复数介电常数和介电损耗正切值在频率1.0~16.5 GHz情况下明显提高。BP-S在9.6 GHz处最小反射损耗可达到-41.1 dB；当厚度在1.0~2.0 mm范围内变化时，小于-10 dB的反射损耗频率范围为7.0~16.1 GHz。BP-S的最小反射损耗频率点与材料厚度符合λ/4阻抗匹配模型。综上，层状硫掺杂黑磷作为高性能介电损耗吸波材料具有广阔的应用前景。
黑磷 吸波材料 高温 高压 硫掺杂 高频 电磁性能 black phosphorus microwave absorbing material high temperature high pressure sulfur doped high frequency electromagnetic property
1 太原理工大学 物理与光电工程学院, 山西 太原 030024
2 中国地质大学(武汉) 材料与化学学院, 湖北 武汉 430074
3 深圳大学 微纳光电子学研究院, 广东 深圳 518060
快速响应光电探测器在光通信、高速摄影、生物医学成像等领域有广泛的需求。目前, 市场上应用的快速响应光电探测器大多基于硅、砷化镓等传统的无机半导体材料, 但是其制作工艺复杂、成本较高, 并且机械灵活性差。以石墨烯、二硫化钼为代表的二维材料具有独特的层状结构以及良好的光学、电学、热学和机械特性, 是制备光电探测器的理想材料。尤其是部分二维材料所拥有的超高载流子迁移率特性, 十分适用于研制快速响应光电探测器。近年来, 一系列基于二维材料的金属-半导体-金属结构光电探测器(Metal-semiconductor-metal photodetectors,MSM-PDs)被陆续报道, 很多具有1 μs以下的快速响应特性。本文以基于二维材料的快速响应MSM-PDs为主题进行综述。首先介绍了MSM-PDs中的基本结构及工作原理, 深入剖析了决定其响应速度的主要因素。随后介绍了石墨烯、过渡金属硫化物、黑磷、二维钙钛矿、三元硒氧铋等二维材料的分子结构、光学、电学等特性, 并对各类二维材料在MSM-PDs的应用进行对比。然后分类介绍了响应速度在1 μs以下的欧姆接触型、肖特基接触型以及基于表面等离激元效应二维材料MSM-PDs的研究进展。最后总结全文, 并对二维材料在快速响应光电探测器中的应用前景及发展趋势进行了展望。
光电探测器 快速响应 二维材料 石墨烯 过渡金属硫化物 黑磷 二维钙钛矿 金属-半导体-金属 photodetectors fast response two-dimensional materials graphene transition metal sulfide black phosphorus two-dimensional perovskites metal-semiconductor-metal
为了更有效地抢占新型资源，各个国家都致力于航空、航天和海洋等空间的探索，以占据最大的优势位置。光电系统在资源占领过程中起决定性作用。针对其核心部件——光电探测器，介绍了量子点、石墨烯、过渡金属硫化物和黑磷等新型探测器材料的基本结构、特点以及发展现状，并就未来发展方向和应用领域进行了预测。
量子点 二维材料 黑磷 石墨烯 过渡金属硫化物 quantum dot two-dimensional material black phosphorus grapheme transition-metal sulfide
云南师范大学可再生能源材料先进技术与制备教育部重点实验室, 云南 昆明 650500
二维黑磷(2D-BP)和黑磷量子点(BP-QDs)等低维黑磷材料在结构和光电性能方面表现出巨大的潜在应用价值,但其仍面临着合成不可控和抗氧化性差等问题。通过引入微波法实现了低维黑磷的简便、低成本合成;研究了微波退火温度和退火时间对低维黑磷结构、形貌和光致发光性能的影响;通过原子层沉积法在BP-QDs样品表面沉积氧化铝(Al2O3)保护层,研究了Al2O3薄膜厚度对BP-QDs抗氧化性的影响。结果表明:随着微波退火温度的增加,量子点尺寸逐渐减小,光致发光发射峰出现蓝移,这说明反应温度会影响材料的尺寸,进而影响其带隙和光致发光特性;当微波退火时间持续增加时,黑磷纳米片被逐渐剥离并形成BP-QDs;当微波退火温度和时间分别为250 ℃和4 h时,BP-QDs分布均匀且尺寸更小;随着Al2O3膜厚的增加,保护性能越来越好;当Al2O3薄膜厚度为20 nm时,BP-QDs在空气中的抗氧化性最佳。
材料 二维黑磷 黑磷量子点 微波法 原子层沉积法 抗氧化 光学学报
2022, 42(10): 1016001
1 中北大学量子传感与精密测量仪器山西省重点实验室, 山西 太原 030051
2 中北大学省部共建动态测试技术国家重点实验室, 山西 太原 030051
基于二维材料的纳机电谐振器具有体积小、频率高、品质因数高等优势,在传感领域具有很大的应用潜力。其中,黑磷由于其波纹状的平面结构和各向异性的机械特性,为平面内矢量传感提供了可能。利用黑磷设计了一种光学激发光学读出的新型纳光机电磁矢量传感器。利用有限元分析法,探究了黑磷层数和长宽比对矢量性的影响,确定了黑磷谐振器的尺寸为0.6 μm×0.134 μm×0.5 nm;分别探索了高杨氏模量和低杨氏模量方向对磁场响应的各向异性。通过谐振模式的空间分布,解释了角度和长宽比对器件灵敏度和矢量性的影响机理。结果表明,将磁场旋转90°,灵敏度可从-4.048 MHz/mT变化为5.796 MHz/mT。与精度相近的洛伦兹力的微机电磁传感器相比,所设计传感器的频率可提高6个数量级,尺寸可缩小6个数量级。该设计为新型纳光机电矢量传感器的制备提供了一种方法。
测量 纳光机电谐振器 黑磷 光驱动 磁矢量
