超快激光器是一种发射大量短脉冲的激光器。为了使这些激光器工作，需要一个可以打开和关闭激光器以产生短脉冲的光开关。激光器通常依靠谐振腔技术作为光开关，但近年来，人们开始转向使用二维材料（通常用作可饱和吸收体）。在本文中，我们将探讨为什么二维材料是光开关的理想材料。
什么是光开关
光开关是一种Q开关，利用材料的光学特性在不同状态之间切换。这种状态的改变使激光束能够穿过，光开关可以打开和关闭以产生对超快激光器至关重要的短激光脉冲。光开关有两种：一种利用声光原理，另一种利用电光原理。
声光开关通常涉及产生部分衍射光束的声波。声波可以通过多种不同的介质传输，但最常见的是玻璃和晶体，晶体介质中的光强度越高，稳定性越好。这类光开关技术含量较低，与基于电光原理的材料不同，它们通常不用于超快激光器。
电光开关通过操纵材料的电子和光学特性来实现开关状态的切换。许多利用这些原理的激光器通过改变光的偏振态来改变材料的电光效应，而偏振态可以通过激光系统内的偏振器进行调制。
为什么二维材料可以用作光开关
展开剩余61%二维材料以其广泛的有益特性而闻名，尤其是在电子和光学领域。从石墨烯到过渡金属二硫化物（TMDC），许多二维材料都表现出强大的光-材料相互作用、高非线性、宽带光学响应、快速弛豫时间和可控的光电特性。这使得二维材料成为光子应用（包括超快激光系统中使用的光开关）的诱人选择。
二维材料的结构使得载流子密度可以通过电学或光学手段轻松调节。这种调节会导致二维材料结构的物理变化，从而立即改变其光学响应。利用这种可调机制，二维材料可以用作激光系统中的光开关。需要注意的是，二维材料的结构和特性使其可用作基于电光原理而非电声原理的光开关。
二维光开关示例
目前，许多光开关都采用了二维材料，而且数量还在逐年增长。这部分是因为这些材料所展现出的特性，也因为二维材料领域正在不断扩展，研究人员正在寻找创造和使用不同二维材料的新方法。以下我们来看看过去几年学术界涌现的一些案例。
二维材料作为光开关的测试已有一段时间。早在2010年，Sun等人就利用石墨烯-聚合物复合材料作为光开关，研制出了一种超快激光器。该石墨烯复合材料用于对掺铒光纤激光器进行锁模。该激光器工作波长为1559 nm，光谱带宽为5.24 nm，脉冲宽度为460 fs。研究人员能够利用石墨烯的光学非线性特性，而无需对其带隙进行设计。
2015年，陈等人将黑磷用作掺铒光纤激光器的光开关。黑磷被制成电信波段的可饱和吸收体材料。黑磷的加入使得激光器能够通过被动调Q和锁模机制实现946 fs的脉冲。
2017年至2018年初期间，出现了许多新的进展，其中Lu等人的研究证明了铋烯可能被用作光开关。研究人员能够利用其可饱和吸收体的特性，发射中心波长为1559.18纳米、时长为652飞秒的光脉冲。许多可饱和吸收体材料都被用作光开关，最近的研究结果表明，铋烯可以加入目前众多其他二维材料的光开关应用行列。
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