CO2激光器科研应用之二维材料光学特性研究

CO2激光器科研应用之二维材料光学特性研究

二维材料如石墨烯等离子体因很低的损耗、极高的空间局域、非凡的可调性及宽波段激发等特点受到广泛的关注，在诸多领域显示巨大的应用潜力。研究石墨烯和二硫化钼（MoS2）等二维材料表面特征最先进的方式是采用散射式近场光学显微镜（SNOM），它具有非常高的空间分辨率并且对样品进行光学成像时不会对样品造成任何损伤。

近场光学显微镜研究石墨烯表面等离子体时候，需要一个中红外光源配合使用，能稳定输出单根谱线且具有固定线偏振方向的水冷型CO2激光器是最理想的选择。CO2激光器输出激光聚焦在SNOM的探针的尖端，探针充当了一个光学天线，将入射光场在尖端局域形成一个直径只有几十纳米的光斑，同时样品也在这个光斑的照射下，当探针靠近样品表面时，尖端处的高局域光场与样品发生相互作用，收集针尖散射回来的光，散射光中包含了样品表面局域光场性质的信息，再由探测器记录成像。

国内外大学及研究机构通常选择ACCESS LASER的光栅型可调CO2激光器MeritG或L4G作为二维材料研究的激发光源，对光谱精确度要求不高的材料也可以选用L4SL或L3SL型稳定型激光器。这类激光器可输出稳定单根谱线并且波长可调。一些场合需要激光器的谱线保持高度稳定，还会配备专门的光谱锁定器（LineTracker），可以把激光器的功率稳定度提升到±1%。另外，有些研究场合还会需要激光器提供更长的波长，例如需求超过11μm，需要使用同位素13CO2填充CO2激光器，如MeritG-13C，L4G-13C，L4SL-13C等，这样可以做更宽范围的研究。