Nonlinear optical microscopy in two-dimensional materials

JIANG Tao; HUANG Di; SONG Renkang; LIU Anhang; WANG Zhanshan; CHENG Xinbin

doi:10.37188/OPE.20223021.2711

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Nonlinear optical microscopy in two-dimensional materials

更新时间：2022-11-22

- Nonlinear optical microscopy in two-dimensional materials
- Optics and Precision Engineering Vol. 30, Issue 21, Pages: 2711-2736(2022)
- 作者机构：
  
  同济大学物理科学与工程学院精密光学工程技术研究所，先进微结构材料教育部重点实验室，上海市数字光学前沿科学研究基地，上海市全光谱高性能光学薄膜器件与应用专业技术服务平台，上海 200092
- 作者简介：
  
  E-mail： chengxb@tongji.edu.cn
- 基金信息：
- DOI：10.37188/OPE.20223021.2711
  CLC： O437;O485;TN247
- Received：13 July 2022，
  
  Revised：11 August 2022，
  
  Published：10 November 2022
- 稿件说明：
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江涛,黄迪,宋仁康等.二维材料非线性光学显微[J].光学精密工程,2022,30(21):2711-2736.

JIANG Tao,HUANG Di,SONG Renkang,et al.Nonlinear optical microscopy in two-dimensional materials[J].Optics and Precision Engineering,2022,30(21):2711-2736.
江涛,黄迪,宋仁康等.二维材料非线性光学显微[J].光学精密工程,2022,30(21):2711-2736. DOI： 10.37188/OPE.20223021.2711.

JIANG Tao,HUANG Di,SONG Renkang,et al.Nonlinear optical microscopy in two-dimensional materials[J].Optics and Precision Engineering,2022,30(21):2711-2736. DOI： 10.37188/OPE.20223021.2711.

摘要

二维材料的低维度特性带来了诸多新奇的光物理现象，其中微纳尺度上的物性在很大程度上影响甚至主导了二维材料的光学性质。因此，表征微纳尺度的物性及其带来的光学响应，是研究二维材料光物理现象潜在机制的重要手段。相较于光谱技术，光学显微技术可以更精准、更广泛、更详细地描述二维材料的光学响应信息；其中，基于非线性光学信号的显微技术可以有效表征二维材料的基本物性，在宽波段响应下具备高的信噪比和分辨率，为二维材料的基础研究和应用探索提供了重要支撑。本文首先回顾了非线性光学显微在二维材料层数、晶轴、晶界、堆叠和外界耦合等方面取得的研究进展，在此基础上，进一步分析探讨了当前领域的技术难点和发展趋势。

Abstract

The reduced dimensionality of two-dimensional materials gives rise to many novel optical phenomena. In particular， finite size effects and heterogeneities at the micro- to nano-scale significantly modify and even control their linear and nonlinear optical properties. Therefore， optical imaging and spectroscopy of the physical properties at their characteristic length scales are needed to understand and optimize the properties of the two-dimensional materials. In this regime， optical microscopy is one of the most widely applied and effective research techniques. In particular. nonlinear optical microscopy with a high signal-to-noise ratio and resolution under broadband response can effectively characterize the fundamental physical properties of two-dimensional materials， which plays a key role in the elementary research and applications of two-dimensional materials. In this paper， we review the progress of nonlinear optical microscopy in sensitively resolving layer number， crystal axes， grain boundaries， stacking orders， external coupling， etc.， in graphene， transition metal dichalcogenides， and their heterostructures. We discuss the technical challenges of nonlinear optical microscopy and provide a perspective on the future of the field.

关键词

Keywords

references

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