激光正成为无数设备和行业不可或缺的组成部分。当激光的光束与纳米级材料表面相互作用时，它会发出一种被称为“等离子体激元”（plasmon）的光波，而给定等离子体激元的属性可以传递信息。在光学传输中，激光将光泵入一个称为“可饱和吸收器”的部件，以产生光信号。
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近日，亚利桑那州立大学的研究人员提出了一种基于亚波长厚(<1/5λ0)混合石墨烯-等离子体超表面结构的红外波段增强饱和吸收效果的设计概念。Yu Yao和她在亚利桑那州立大学光子学创新中心的研究团队设计了一种更快、更节能的纳米级激光组件，称为石墨烯—等离子体激元混合亚结构可饱和吸收体，简称GPSMA。
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该团队的理论和实验结果表明，通过激发纳米级热点内的非平衡载流子，不仅可以增强石墨烯的可饱和吸收，而且可以将饱和通量降低超过3个数量级（从约1 mJ/cm2至100 nJ/cm2)。他们的抽运-探针测量结果显示了超短的饱和吸收恢复时间(<60 fs)，这最终由石墨烯中光激发载流子的弛豫动力学决定。他们还根据自相关测量结果在器件中观察到脉冲变窄效应。这样的设计概念可以通过结构工程来定制，以在更宽的波长范围内操作，直至中红外和远红外光谱区域。这些超快低饱和注量可饱和吸收体设计可以实现低阈值，紧凑，自启动锁模激光器，激光脉冲整形和高速光学信息处理。
GPSMA目前在电磁波谱上的近红外波长上运行。由于石墨烯具有广泛的光学响应，它可以将其光谱覆盖范围扩展到红外光谱区域的更长的波长，这对分子光谱学和光通信具有重要意义。然而，对于较长的波长，传统上更难以实现饱和吸收并产生超短激光脉冲。因此，GPSMA设计概念可以填补这样的技术空白。
Yu Yao团队的设备在电信、能源和生物医学行业具有潜在的应用前景。这种吸收剂可用于提高光纤电缆的速度、效率和整体性能，为推进数据传输、太阳能电池性能和疾病检测成像技术开辟了机会。
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