摘要: 随着社会的进步和科技的发展，二维材料因其独有的物理、化学性质和丰富多样的组合方式，逐渐取代传统材料，在光电器件、传感元件、信息传输、储能、催化等方面得到研究人员的青睐。除了在上述领域得到了长足的发展，近年来二维材料在光学领域，特别... 展开 随着社会的进步和科技的发展，二维材料因其独有的物理、化学性质和丰富多样的组合方式，逐渐取代传统材料，在光电器件、传感元件、信息传输、储能、催化等方面得到研究人员的青睐。除了在上述领域得到了长足的发展，近年来二维材料在光学领域，特别是非线性光学领域，譬如非线性吸收、折射、散射等方面也取得了众多的研究成果。随着研究人员不断的探索创新，越来越多的新型二维材料被合成出来，其相应的双光子吸收、饱和吸收等特性逐渐为人所知，使得二维材料被广泛应用于光限幅材料、调Q锁模激光器等领域。 钒、铬、锰元素作为过渡金属，在催化、光学、能源等领域主要以其氧化物或硫化物等化合物的形式存在，研究发现现阶段鲜有对钒、铬、锰单质的非线性光学性质研究报道。因此，本文以钒、铬、锰单质作为研究对象，利用酒精辅助的液相剥离法得到相应的纳米片悬浊液，并对其进行物理、化学性质表征测试；通过开孔Z扫描技术深入研究并分析了钒、铬、锰纳米片在宽波带范围下的非线性吸收性能，探索了其作为光限幅材料的可行性。 本文的研究工作主要有： （1）采用液相剥离法制备钒、铬、锰纳米片悬浊液及对其进行基础表征。利用液相剥离法得到了厚度为5.76-6.52nm的二维钒纳米片、厚度为2.36-3.03nm的二维铬纳米片和厚度为5.0-11.0nm的二维锰纳米片；分别对各纳米片进行了扫描电子显微镜、透射电子显微镜、原子力显微镜、X射线衍射、拉曼光谱等表征分析，得到了纳米片和单质粉末的表面形貌、晶格参数、组成元素、透过率等物理化学参数。通过光谱仪分析结果，得到了在1064、532、355nm波段下，钒纳米片的线性吸收系数为1.87、2.15、2.58cm-1，铬纳米片的线性吸收系数为1.84、2.20、2.37cm-1，锰纳米片的线性吸收系数为2.41、2.35、2.38cm-1。 （2）搭建了开孔Z扫描平台，借助二次谐波和三次谐波技术将1064nm脉冲激光倍频至532nm和355nm的脉冲激光，并分别测得了钒、铬、锰纳米片在不同激发能量下的透过率变化图像。通过三阶非线性吸收计算公式，分别对各纳米片在宽波带范围下的实验点进行了非线性吸收拟合，并计算得到样品在不同激发波长下的饱和强度、双光子吸收系数、双光子吸收截面和非线性吸收阈值等参数。数据分析表明在三个波长下，钒、铬、锰纳米片均表现出优异的双光子吸收行为。 当激发波长为1064、532和355nm时，钒纳米片的饱和强度分别为1.32±0.01、0.80±0.04和0.71±0.03GW/cm2；最小非线性激发阈值分别为0.31、0.35和0.45GW/cm2；双光子吸收截面分别为(0.46±0.02)×10-45、(1.14±0.03)×10-45和(2.33±0.03)×10-45cm4s；双光子吸收系数分别为1.45±0.06、1.80±0.04和2.41±0.03cm/GW。较小的饱和强度、较大的双光子吸收截面和吸收系数表明，钒纳米片在紫外波段的双光子吸收性能更加优异，突出了其作为抗紫外脉冲激光损伤材料方面的潜力。 铬纳米片在1064、532、355nm波段的双光子吸收系数分别为3.86±0.03、3.12±0.05、2.58±0.04cm/GW；饱和强度分别为0.27±0.01、0.49±0.02、0.51±0.03GW/cm2；最小激发阈值为0.45、0.37和0.25GW/cm2；双光子吸收截面分别为(8.33±0.13)×10-46、(2.01±0.03)×10-45和(3.74±0.03)×10-45cm4s。即铬纳米片在355nm波长下表现出更明显的双光子吸收行为，具有较大的双光子吸收强度和吸收截面，这意味着铬纳米片在紫外波段作为光限幅材料的潜力巨大。 锰纳米片的非线性吸收行为与其他两种材料相似，在1064、532及355nm处的双光子吸收系数分别为4.59±0.09、6.46±0.07、5.05±0.03cm/GW；饱和强度分别为0.38±0.02、0.26±0.01、0.24±0.01GW/cm2；双光子吸收截面分别为(1.57±0.31)×10-45、(4.4±0.05)×10-45和(5.17±0.03)×10-45cm4s；最小激发阈值分别为0.22、0.17、0.14GW/cm2。较大的双光子吸收系数、较小的饱和强度和激发阈值表明锰纳米片在紫外波段具有优异的非线性吸收性能，在人眼、精密光学器件保护等方向具有巨大的潜力。 收起