亞(ya) 利桑那州立大學的研究人員提出了一種基於(yu) 亞(ya) 波長厚(<1/5λ0)混合石墨烯-等離子體(ti) 超表麵結構的紅外波段增強飽和吸收效果的設計概念。Yu Yao和她在亞(ya) 利桑那州立大學光子學創新中心的研究團隊設計了一種更快、更節能的納米級激光組件，稱為(wei) 石墨烯—等離子體(ti) 激元混合亞(ya) 結構可飽和吸收體(ti) ，簡稱GPSMA。

該團隊的理論和實驗結果表明，通過激發納米級熱點內(nei) 的非平衡載流子，不僅(jin) 可以增強石墨烯的可飽和吸收，而且可以將飽和通量降低超過3個(ge) 數量級（從(cong) 約1 mJ/cm2至100 nJ/cm2)。他們(men) 的抽運-探針測量結果顯示了超短的飽和吸收恢複時間(<60 fs)，這最終由石墨烯中光激發載流子的弛豫動力學決(jue) 定。他們(men) 還根據自相關(guan) 測量結果在器件中觀察到脈衝(chong) 變窄效應。這樣的設計概念可以通過結構工程來定製，以在更寬的波長範圍內(nei) 操作，直至中紅外和遠紅外光譜區域。這些超快低飽和注量可飽和吸收體(ti) 設計可以實現低閾值，緊湊，自啟動鎖模激光器，激光脈衝(chong) 整形和高速光學信息處理。

激光產(chan) 生窄光束。當激光的光與(yu) 納米尺度的材料表麵相互作用時，它會(hui) 發出一種被稱為(wei) 等離子體(ti) 激元的光波，而一個(ge) 給定的等離子體(ti) 激元的屬性可以發出信息信號。在光傳(chuan) 輸中，激光器將光抽到一個(ge) 叫做可飽和吸收體(ti) 的部件上，以產(chan) 生光信號。

該團隊最近開發的GPSMA在通信、信息處理、光譜學和生物醫學行業(ye) 都有潛在的應用。該吸收器可用於(yu) 提高速度，效率和整體(ti) 性能，以促進數據傳(chuan) 輸，信息處理，生物醫學傳(chuan) 感和成像技術。

Yao的團隊已經在他們(men) 的工作中結合了一種人工工程金屬-石墨烯混合材料，因為(wei) 它在光調製和可飽和吸收方麵具有有益的特性。

科學家們(men) 通過設計一個(ge) 光學天線陣列，將光聚焦到材料的納米級間隙，即熱點，以提高吸收，從(cong) 而取得了令人印象深刻的結果。通過將激光聚焦在這些熱點上，他們(men) 觀察到了性能的提高和能耗的降低。

“石墨烯重量輕，光響應時間快，但單分子層吸收率低，”姚說。“我們(men) 設計了這個(ge) 裝置，使納米熱點的光吸收可以增加三個(ge) 數量級以上，不僅(jin) 有很強的光吸收，而且還具有飽和吸收效應。利用GPSMA，我們(men) 正在製造一種可飽和吸收器裝置，它實際上可以將功耗降低近兩(liang) 到三個(ge) 數量級。”

它們(men) 的新技術以其速度之快，為(wei) 紅外激光光譜和高速光信號通信提供了與(yu) 光纖電纜和衛星通信的機會(hui) 。

“我們(men) 的設備可以以創紀錄的高速度運行，”Yao說。“傳(chuan) 統的可飽和吸收器可以工作在納秒的時間尺度上，但現在我們(men) 可以工作到大約60飛秒，這是100,000倍的速度。”

GPSMA目前在電磁光譜上以近紅外波長工作.由於(yu) 石墨烯具有廣泛的光學響應，使得它的光譜覆蓋範圍有可能擴展到紅外光譜區域的較長波長，這在分子光譜學和光通信領域具有重要的意義(yi) 。然而，對於(yu) 較長的波長，通常很難獲得飽和吸收器和產(chan) 生超短的激光脈衝(chong) 。GPSMA的設計理念可以填補這一技術空白。