碳納米管，石墨烯和過渡金屬二鹵化物的液體懸浮液在光學限制方面表現優異的性能。然而，潛在的機理仍然難以捉摸，并且通常歸因于其優越的非線性光學特性，如非線性吸收或非線性散射。以石墨烯為例，我們發現光熱微氣泡作為強光散射中心是造成光學限制的原因：石墨烯片吸收入射光并被加熱到高于水的沸點，從而產生蒸汽和微氣泡。該結論基于對激光束上方氣泡的直接觀察，以及激光誘導超聲與光限幅之間的強相關性。石墨烯的原位拉曼散射進一步證實，在激光脈沖作用下，石墨烯的溫度升高至高于水的沸點，但仍然過低而無法汽化石墨烯，并產生石墨烯等離子體氣泡。光熱氣泡散射不是非線性光學過程，且需要非常低的激光強度。這一認識有助于我們設計更有效的光學限幅材料，且進一步理解納米材料固有的非線性光學性質。
Fig. 1. 具有光散射中心直接成像的開孔光學極限Z掃描實驗。(a)實驗裝置示意圖。(b)不同激光功率石墨烯懸浮液Z掃描曲線。(c-e)隨放大倍數增加的散射中心光學圖像。
Fig. 2. 實驗裝置觀察和識別激光束上方的光熱氣泡。(a)實驗裝置。(b-c)從氣泡的形狀、大尺寸和更快的速度向水面移動來識別氣泡。
Fig. 3. OL與氣泡光聲信號相關的實驗裝置。(a)實驗裝置示意圖。(b)石墨烯懸浮液在45mW激光下的Z掃描曲線與Fig.1b相同。(c) OL Z掃描曲線在不同位置的超聲信號。
Fig. 4. 利用拉曼散射測量石墨烯溫度。(a)實驗裝置示意圖。(b) 10mW和45mW激光功率下石墨烯的拉曼光譜。
Fig. 5. 激光誘導的氣泡散射光。(a)石墨烯薄片激光加熱產生氣泡散射中心圖。(b, d)由一(十)個氣泡引起的光透射與氣泡直徑的關系。(c, e)一(十)個氣泡引起的散射與氣泡直徑的關系。
相關研究成果于2020年由電子科技大學Jiming Bao課題組，發表在Nanoscale (DOI: 10.1039/C9NR10516F)上。原文：Photoacoustic Identification of Laser-induced Microbubbles as Light Scattering Centers for Optical Limiting in Liquid Suspension of Graphene Nanosheets。
