导读
近日，哈尔滨工程大学郭波副教授、深圳大学张晗教授在国际光学领域顶级期刊《Laser & Photonics reviews》在线发表了题为“2D Layered Materials: Synthesis, Nonlinear Optical Properties, and Device Applications”的综述文章，深入探讨和总结了十年来二维材料在脉冲激光器及光调制器、光偏振器、光滤波器、光开关、全光器件等新型光学器件上的研究进展，并对二维材料光子学面临的挑战和机遇进行了展望。
图 二维材料的制备、非线性光学性质、器件集成及应用
近年来，跨学科发展逐渐演变为一种鲜明的研究特征，即通过不同领域的交叉融合，产生了许多重要的前沿方向。譬如，2004年，英国曼彻斯特大学课题组成功剥离了出石墨烯。这一发现，犹如多米诺骨牌，在世界范围内引起了不同领域研究石墨烯的热潮。更重要的是，在成功制备石墨烯的激励下，拓扑绝缘体、金属硫化物、黑磷、金属烯、金属有机骨架化合物等二维材料因其在物理、化学、生物和能源等领域的应用前景也受到了广泛关注，从而极大地丰富了二维材料家族。
非线性光子学是二维材料应用中最为成功的领域之一。这是因为，从物理上讲，大多数二维材料都拥有十分优良的非线性光学性质；从实际需求来看，寻找合适的光学材料一直是非线性光子学领域一个永恒的主题。二维材料在非线性光子学领域的应用始于2009年左右，十年来，基于二维材料的脉冲激光器和新型光学器件得到了快速发展，并取得了一系列重要成果，逐渐成为非线性光学一个重要的研究方向，这主要得益于二维材料制备和集成技术的成熟及其非线性光学性质的深入研究及脉冲激光和光学器件本身的发展进步，它们的结合催生了一个新的学科，即二维材料光子学。基于二维材料十分优异的饱和吸收性质，研究人员研制出了脉冲整形器件（锁模器和调Q开关）并将之应用于脉冲激光器，涌现出了一大批令人振奋的研究成果，极大地推动了二维材料在超快光子学领域的快速发展。同时，利用二维材料的三阶光学非线性，研究人员还研制出了光调制器、光偏振器、光开关等众多新型光学器件。这些努力有力推动了非线性光学的发展。然而，对这方面的研究进展还缺乏深入的总结。
本文综述了十年来二维材料光子学的研究进展，重点介绍了二维材料的合成、非线性光学性质、集成策略及器件应用。在非线性光学性质方面，重点关注二维材料的饱和吸收和三阶光学非线性；在此基础上，深入探讨和总结了二维材料在各种类型脉冲激光器（光纤、固体、波导及盘式）中的应用及相关非线性光学现象。此外，还总结了二维材料在光学调制器、光学偏振器、光学开关、全光器件等新型光学器件中的应用。我们希望二维材料在未来的光子学发展中进一步发挥关键作用。
作为二维材料光子学未来发展的展望，作者建议从以下几个方面进行考虑。首先，这些脉冲激光器和新型光学器件的性能需要继续提高；其次，在基于二维材料的脉冲激光器中有望发现更为丰富的非线性光学现象；第三，在未来的工作中，有望将制备出更多新型的二维材料，探索其非线性光学性质和器件应用将是未来研究的重点。我们相信，二维材料光子学的发展将不断深化，即逐步从实验室研究发展到工业化应用，从而为拓展其在光学、医学、生物学和能源等领域的应用打下良好基础。
该论文的通讯作者为哈尔滨工程大学郭波副教授、深圳大学张晗教授。该工作得到了国家自然科学基金委、黑龙江省科技厅及深圳大学等单位的支持。
文章链接
https://doi.org/10.1002/lpor.201800327
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