10月19日，我校博士研究生方朝龙同学在《NATURE》子刊《Scientific Reports》上发表了学术论文“基于氧化石墨烯乙醇中弥散的可调谐吸收光流控器件”，英文标题为“Tunable optical limiting optofluidic device filled with graphene oxide dispersion in ethanol” (Sci. Rep. 5, 15362 (2015))。
光流控微纳器件是庄松林院士近年部署的光学工程学科新的增长点，是微流控、微纳光学和纳米材料交叉的学科方向。博士研究生方朝龙在导师张大伟教授、副导师戴博讲师的指导下，通过简单地调节微流控液体中的氧化石墨烯的浓度，有效改变了氧化石墨烯的非线性吸收及非线性散射特性，从而实现了调控光限幅效应，改变了该光流控器件的光学阀值功率及输出饱和功率，获得国际审稿专家的一致好评。
论文的发表，标志着我校研究生培养水平的不断提高，也代表了我校庄松林院士领导的光学工程学科在团队建设和建设学科新的增长点方面的探索取得了初步成效。
论文导读：
氧化石墨烯作为一种特殊的具有光电非线性效应的材料，由于其材质轻薄、光电响应速率高、导热性优异、制备工艺简便等优点，被广泛地应用于生物传感、光通信、电子器件、新能源材料、环境治理等众多领域。氧化石墨烯具有卓越的光学非线性特性，能够对光信号进行超快处理，其中，氧化石墨烯的光限幅效应能够吸收高强度的光照射，而在低强度的光照射下，材料表现出非常高的透过率，具备光限幅效应的材料能够有效地衰减高危险性的强光照，用于眼睛及传感器的保护，也可以用于光信号去噪、再生，光功率整流等应用。然而，在现有的技术中，氧化石墨烯的光限幅效应都是固定不可调节的、灵活性差，限制了氧化石墨烯的应用。而且，利用氧化石墨烯的光学器件形式多为光纤或者光波导器件，加载氧化石墨烯材料时工艺复杂、成本高，在使用时极易造成物理损伤和热损伤。如何有效、灵活地利用氧化石墨烯的光限幅效应一直困扰着研究石墨烯的学者们。
在我校的该研究工作中，张大伟课题组首次提出了采用具有微型化、可集成化、可调节等特征的微流控器件作为氧化石墨烯的载体，如图所示。该器件制作工艺简单、成本低廉，由于氧化石墨烯弥散在酒精溶剂中被注入光腔，这样可以有效地避免对氧化石墨烯材料的物理损伤及热损伤。在实验中，通过动态操控氧化石墨烯-酒精溶液的浓度，研究了氧化石墨烯在1.5μm波段的光限幅效应的可调节特性，发现通过简单地调节氧化石墨烯的浓度，可以非常有效地改变氧化石墨烯的非线性吸收及非线性散射特性，从而实现调控光限幅效应，改变光学阀值功率及输出饱和功率。此外，课题组利用泵浦探测的手段，证实了氧化石墨烯光限幅效应具备飞秒量级的响应速率。最后，课题组利用研制的光微流控器件，实现了对激光脉冲信号的去噪整形，体现了该研究的应用价值。
图：(a, b) 光流控器件结构及实物图；(c)流体动态混合分析及光照均匀度分析