二维过渡金属硫族化合物（TMDs）因其电子结构和良好的光学性能，在非线性光学领域引起关注。其中，二碲化钼（MoTe₂）作为一种二维材料，因其适中的带隙、强激子效应和良好的非线性光学响应，在超快激光技术和光限幅器件中展现出应用潜力。

一、MoTe₂的非线性光学特性

MoTe₂具有层数依赖的能带结构，在单层或少层状态下表现为直接带隙半导体，其激子吸收峰位于近红外区域，适合用于通信波段的光学器件。此外，MoTe₂在奇数层时具有破缺的空间反演对称性，使其具备二次谐波产生（SHG）能力，这为其在非线性频率转换中的应用提供了基础。

更重要的是，MoTe₂的三阶非线性极化率较大，表现出强烈的饱和吸收（Saturable Absorption, SA）和光限幅（Optical Limiting）效应。这些特性使其在超快激光器和光限幅器件中具有重要应用价值。

二、超快激光与MoTe₂的相互作用机制

超快激光（飞秒至皮秒脉冲）与MoTe₂的相互作用涉及多物理过程协同效应，其核心机制可归纳为以下三方面：

非线性吸收调制

当入射光强超过阈值时，MoTe₂表现出饱和吸收（SA）与反饱和吸收（RSA）双模特性。

超快载流子动力学

时间分辨泵浦-探针实验揭示，MoTe₂中光生载流子的演化经历三个阶段：

热化阶段（<50 fs）：光子能量被电子系统吸收，形成非平衡热载流子分布；

冷却阶段（50 fs-1 ps）：载流子通过声子散射将能量转移至晶格，温度弛豫时间约300 fs；

复合阶段（1 ps-100 ps）：载流子通过直接复合或缺陷辅助复合机制衰减，寿命可通过层数调控（单层约10 ps，多层约50 ps）。

这种皮秒级响应速度使其成为超快光开关与全光信号处理的材料。

相变诱导的非线性增强

飞秒激光诱导的2H相（半导体）到1T'相（金属）相变可改变MoTe₂的非线性特性。

三、在超快激光中的应用

超快激光器在通信、医疗等领域具有应用，其核心部件之一是饱和吸收体。MoTe₂因其超快的载流子恢复时间（亚皮秒级）和宽带响应特性，成为饱和吸收材料。MoTe₂可用于构建锁模光纤激光器、固体激光器和波导激光器，实现从可见光到中红外波段的超短脉冲输出。

例如，将MoTe₂集成到激光腔中，可实现稳定的高重复频率、窄脉宽的超快激光输出。此外，MoTe₂的饱和吸收特性还可用于全光调制器，其响应速度可达太赫兹级别，远超传统电光调制器。

四、在光限幅效应中的应用

光限幅效应是指材料在高光强下透过率降低的现象，常用于激光防护和光开关器件。MoTe₂因其强烈的非线性吸收特性（如双光子吸收、激发态吸收等），在光限幅应用中表现出色。

MoTe₂在可见光至近红外波段具有的光限幅响应，其限幅阈值可通过调控材料厚度、缺陷态密度和界面工程进行优化。例如，MoTe₂/石墨烯异质结构通过界面电荷转移机制，有效增强了非线性吸收性能，降低了限幅阈值，适用于高功率激光防护。