【Adv. Opt. Mater.】二维MXene的微纳光纤谐振器的全光调制

随着全光网络的发展，全光设备已成为研究热点。近年来，大量研究了基于二维（2D）材料的全光器件，例如可饱和吸收体，全光阈值器，光学克尔开关，波长转换器以及调制器。

基于2D的全光器件在通信、信号处理等领域得到了广泛的应用。然而，以往报道的利用干涉仪结构的全光纤全光器件，由于抗干扰能力差，调制速率慢，极大地限制了其实际应用。

北京航空航天大学和深圳大学合作,在《Advanced Optical Materials》上发表了题目为“All-optical control of microfiber knot resonator based on 2D Ti2CTx MXene”的论文，在这项工作中，我们展示了一种沉积了2D Ti2CTx MXene的微纳光纤结谐振器(MKR)的全光器件，该器件具有很高的光热转换效率和热导率。

实验结果表明，该全光器件具有调制效率高、响应时间快、稳定性好、相位和强度调制性能好等优点。因此，基于MKR全光器件有望为高性能全光器件的新设计铺平道路，并在未来的光学信息处理中具有巨大的潜力。
基于2D材料光热效应的的全光调制器已被成功地用于光纤激光器中产生有源Q开关脉冲，全光调制器的应用领域扩展到脉冲激光工程。


图1  制备的Ti2CTx纳米片的结构特征
另一方面，MXene作为一种很有前途的新型2D材料，被证实具有高导热性和高光热转换效率，有利于提高响应时间。此外，化学成分的多样性(超过100个化学计量的MXene组成)和可调的电子带结构表明，MXene可以被定制为理想的电子和光电应用。据报道，Ti2C具有零隙带结构(如Ti2CTx < 0.2 eV)，在宽带光学器件中具有巨大的应用潜力。

图2 MXene的微纳光纤结谐振器(MKR)的全光器件测试表征
(a) MKR的光学显微镜图像；（b）实验结构。
(c) 沉积MXene前后的透射光谱。
(d) 全光相位调制器7小时以上的透射光谱。
(e) 980nm泵浦光(上)与输出信号光(下)波形及拟合曲线。
通过结合MXene的光热效应和MKR的谐振性能，实现了相位调制和强度调制。实验结果表明,该全光调制器的转换效率最高(~ 0.196 π/mW),快速响应时间(微秒上升时间：306 μs),结构紧凑(环直径只有~ 1mm)和良好的环境稳定性(无光谱变化超过7小时)。
因此，我们相信我们的工作可以为基于2D材料的高性能全光器件的新设计铺平道路，在全光网络和信号处理领域具有巨大的应用潜力。
本论文的通讯作者为张梦副教授和张晗教授、第一作者为北京航空航天大学吴卿博士，共同一作为深圳大学博士后黄卫春和王云征。
 
【文章链接】

All-optical control of microfiber knot resonator based on 2D Ti2CTx MXene

Qing Wu, Weichun Huang, Yunzheng Wang,Cong Wang, Zheng Zheng, Hong Chen, Meng Zhang, and Han Zhang
Advanced Optical Materials, 2020-01-20 

DOI: 10.1002/adom.201900977 

信息来源：二维材料前沿