光學材料的某些非線性性質是實現高性能集成光子器件的關鍵。光子芯片的許多重要功能，如全光開關，信號再生，超快通信都離不開它。找尋一種具有超高三階非線性，并且易于加工各種功能性微納結構的材料是眾多的光學科研工作者的夢想，也是成功研制超高性能全光芯片的必由之路。超快泵浦探針光譜表明，重度功能化的具有較大SP3區域的GO材料在高激發強度下可以出現飽和吸收、雙光子吸收和多光子吸收[6][50][51][52]，這種效應歸因于在SP3結構域的光子中存在較大的帶隙。相反，在具有較小帶隙的SP2域中的*出現單光子吸收。石墨烯在飛秒脈沖激發下具有飽和吸收[52]，而氧化石墨烯在低能量下為飽和吸收，高能量下則具有反飽和吸收[51]。因此，通過控制GO氧化/還原的程度，實現SP2域到SP3域的比例調控，可以調整GO的非線性光學性質，這對于高次諧波的產生與應用是非常重要的。氧化石墨的結構和性質取決于合成它的方法。常規氧化石墨制造

氧化石墨烯同時具有熒光發射和熒光淬滅特性，廣義而言，其自身已經可以作為一種傳感材料，在生物、醫學領域的應用充分說明了這一點。經過功能化的氧化石墨烯/還原氧化石墨烯在更加***的領域內得到了應用，特別在光探測、光學成像、新型光源、非線性器件等光電傳感相關領域有著豐富的應用。光電探測器是石墨烯問世后**早應用的領域之一。2009年,Xia等利用機械剝離的石墨烯制備出了***個石墨烯光電探測器（MGPD）[2]，如圖9.6，以1-3層石墨烯作為有源層，Ti/Pd/Au作源漏電極，Si作為背柵極并在其上沉淀300nm厚的SiO2，在電極和石墨烯的接觸面上因為功函數的不同，能帶會發生彎曲并產生內建電場。常規氧化石墨制造同時具有良好的生物相容性，超薄的GO納米片很容易組裝成紙片或直接在基材上進行加工。

GO膜在水處理中的分離機理尚存在諸多爭議。一種觀點認為通過尺寸篩分以及帶電的目標分離物與納米孔之間的靜電排斥機理實現分離，如圖8.3所示。氧化石墨烯膜的分離通道主要由兩部分構成：1）氧化石墨烯分離膜中不規則褶皺結構形成的半圓柱孔道；2）氧化石墨烯分離膜片層之間的空隙。除此之外，由氧化石墨烯結構缺陷引起的納米孔道對于水分子的傳輸提供了額外的通道19-22。Mi等23研究認為干態下通過真空過濾制備的氧化石墨烯片層間隙的距離約為0.3nm。

氧化石墨烯（GO）在很寬的光譜范圍內具有光致發光性質，同時也是高效的熒光淬滅劑。氧化石墨烯（GO）具有特殊的光學性質和多樣化的可修飾性，為石墨烯在光學、光電子學領域的應用提供了一個功能可調控的強大平臺[6]，其在光電領域的應用日趨***。氧化石墨烯（GO）和還原氧化石墨烯（RGO）應用于光電傳感，主要是作為電子給體或者電子受體材料。作為電子給體材料時，利用的是其在光的吸收、轉換、發射等光學方面的特殊性質，作為電子受體材料時，利用的是其優異的載流子遷移率等電學性質。本書前面的內容中對氧化石墨烯（GO）、還原氧化石墨烯（RGO）的電學性質已經有了比較詳細的論述，本章在介紹其在光電領域的應用之前，首先對相關的光學性質部分進行介紹。石墨原料片徑大小、純度高低等以及合成方法不同，因此導致所合成出來的GO片的大小有差異。

氧化石墨烯（GO）的比表面積很大，而厚度只有幾納米，具有兩親性，表面的各種官能團使其可與生物分子直接相互作用，易于化學修飾，同時具有良好的生物相容性，超薄的GO納米片很容易組裝成紙片或直接在基材上進行加工。另外，GO具有獨特的電子結構性能，可以通過熒光能量共振轉移和非輻射偶極-偶極相互作用能有效猝滅熒光體（染料分子、量子點及上轉換納米材料）的熒光。這些特點都使GO成為制作傳感器極好的基本材料[74-76]。Arben的研究中發現，將CdSe/ZnS量子點作為熒光供體，石墨、碳纖維、碳納米管和GO作為熒光受體，以上幾種碳材料對CdSe/ZnS量子點的熒光淬滅效率分別為66±17%、74±7%、71±1%和97±1%，因此與其他碳材料相比，GO具有更好的熒光猝滅效果[77]。GO表面的各種官能團使其可與生物分子直接相互作用，易于化學修飾。常規氧化石墨制造

與石墨烯量子點類似，氧化石墨烯量子點也具備一些特殊的性質。常規氧化石墨制造

石墨烯可與多種傳統半導體材料形成異質結，如硅[64][65][66]，鍺[67]，氧化鋅[68]，硫化鎘[69]、二硫化鉬[70]等。其中，石墨烯/硅異質結器件是目前研究**為***、光電轉換效率比較高（AM1.5）的一類光電器件。基于硅-石墨烯異質結光電探測器（SGPD），獲得了極高的光伏響應[71]。相比于光電流響應，它不會因產生焦耳熱而產生損耗。基于化學氣象沉積法（CVD）生長的石墨烯光電探測器有很多其獨特的優點。首先有極高的光伏響應，其次有極小的等效噪聲功率可以探測極微弱的信號，常見的硅-石墨烯異質結光電探測器結構如圖9.8所示。常規氧化石墨制造