郑鑫[1]2015年在《低维纳米材料的非线性光学特性及其在被动光纤脉冲激光器中的应用研究》文中研究指明石墨烯优良的非线性特性在激光器领域的广泛应用极大激发了人们对低维纳米材料优良光电性能探索的同时,其零带隙特性带来的低开关比以及不能和硅兼容等缺点也在促使人们寻求新的解决方案。除了采用各种方法打开石墨烯的带隙之外,人们也在不断寻求其他性能优越的低维纳米材料,来弥补石墨烯的不足。以二硫化钼(MoS2)和二硫化钨(WS2)为代表的过渡金属硫化物是一类新型的层状材料,能够应用于可见光至近红外波段。而且,随着层数的减少,其能带的跃迁方式逐渐由间接跃迁转为直接跃迁,相应的吸收和发射谱也有很大差异。相应的非线性测量表明,二硫化钼的非线性吸收特性要优于石墨烯。与过渡金属硫化物类似,黑磷也是一种能带结构随层数变化的层状材料,其能带间隙恰好覆盖了中红外波段,填补了石墨烯与过渡金属硫化物之间的能带间隔,加之其各向异性的光学性质和在室温下可达2×105 cm2/V·s的电子迁移率使得黑磷备受研究人员的青睐。本文针对两类典型的新型低维材料在多个波段的非线性光学特性进行了实验研究。对单层二硫化钨二维晶体、多层二硫化钨纳米片、黑磷纳米片以及黑磷量子点的宽波段饱和吸收特性进行了研究,获得了几种低维材料分别在800nm、1550nm以及2μm波段的非线性吸收参数,发现了低维纳米材料对各个波段的非线性吸收规律,剖析了低维纳米材料在每个波段下的非线性吸收过程以及主导的非线性吸收机制,测量了单层二硫化钨以及黑磷低维纳米材料的叁阶非线性折射率;根据测量得到的非线性光学参数,讨论了低维纳米材料作为可饱和吸收体用于被动光纤脉冲激光器的性能,并利用黑磷的宽带饱和吸收特性,实现了黑磷可饱和吸收体在2μm波段光纤激光器中的调Q和锁模脉冲输出。具体的研究成果总结如下:1.实验发现了单层二硫化钨原子晶体的宽带可饱和吸收性能。利用不同波段的飞秒激光应用于Z扫描测试系统,对比研究了单层二硫化钨原子晶体和多层二硫化钨纳米片在400nm、800nm、1550nm以及2μm四个波段下的非线性吸收特性,发现单层二硫化钨原子晶体比多层二硫化钨纳米片的可饱和吸收光谱范围大得多;分析认为,这是由于缺陷掺杂等因素引入的表面金属态和材料固有的半导体态共同存在作用的结果。通过对比研究发现,金属态对可饱和吸收波段的拓宽在单层及少层低维材料中比较明显。对饱和吸收参数进行分析发现,低维二硫化钨纳米材料的饱和光强和损伤阈值较高,有助于获得高峰值功率的超短脉冲。2.实验发现了低维黑磷纳米材料在800nm、1550nm和2μm叁个波段都具备可饱和吸收特性,获得了相应的饱和光强、调制深度等参数。对饱和吸收参数进行分析发现,在1550nm和2μm两个波段,低维黑磷纳米材料的饱和光强和反饱和光强比较接近,不利于获得高峰值功率的脉冲,但是有助于形成谐波锁模,获得高重复频率的脉冲输出。3.搭建了高精度Z扫描测试系统。首次实验测得了单层二硫化钨以及黑磷纳米材料的叁阶非线性折射率。测得单层二硫化钨以及黑磷纳米材料的叁阶非线性折射率都在10–13m2/W量级,与石墨烯的非线性折射率比较接近,比一般体电介质高4~5个量级。4.利用黑磷纳米材料的饱和吸收特性实现了2μm波段光纤激光器的调Q和锁模脉冲输出。采用沉积在拉锥光纤上的办法制作饱和吸收体实现了中心波长为1898nm,3dB带宽为3.9nm,脉宽为970fs的锁模脉冲输出,并得到了最高阶数是37的谐波锁模;采用光沉积的方法制作的饱和吸收体实现了中心波长为1912nm,3dB带宽为0.8nm,脉宽为1.21μs的调Q脉冲输出,重复频率为240kHz~600kHz可调。实验结果表明,基于黑磷低维纳米材料的可饱和吸收体在脉冲激光器的应用上具有巨大的潜力。
何伟强[2]2007年在《半导体碲化锌及氮化铟非线性光学特性研究》文中研究指明半导体材料的非线性光学特性在光电子器件领域,如全光开关、光学限幅器、光波耦合器等方面有很好的应用价值。非线性光学材料已持续多年是光学、新功能材料领域的热点课题。因此对半导体材料的非线性光学性质的研究有着实际的意义。Z扫描技术作为一种高灵敏度、实验装置简单的测量手段,被广泛应用于研究半导体材料的非线性光学特性。本文首先简述了介质中基本叁阶非线性光学过程,继而介绍了非线性光学材料的基本测量方法,即Z扫描技术,同时简单介绍了我们所用的实验装置及仪器。然后,用Z扫描技术分别讨论了半导体碲化锌(ZnTe)晶体及氮化铟(InN)薄膜的非线性光学特性。利用透射Z扫描实验系统,研究了ZnTe晶体在飞秒激光脉冲作用下的非线性光学性质。通过对(110)、(111)及(100)ZnTe晶体的非线性折射率的测量,发现不同晶体取向的晶体中非线性折射率差别很大,推测该差异主要源于晶体中二阶级联非线性效应的贡献,即晶体中THz辐射与线性电光效应共同作用产生的克尔型非线性(Kerr-like nonlinearity)效应。此外,根据晶体中THz辐射对入射激光偏振方向的依赖性,运用理论模型描述了叁块晶体中非线性折射率随入射光偏振角的变化关系,从而进一步证明该克尔型非线性效应的
谷杰[3]2008年在《咔唑类乙烯基吡啶盐的非线性光学特性研究》文中研究表明非线性光学(Nonlinear optics,NLO)作为非线性物理学和现代光学的重要分支,是光子技术的基础理论之一。非线性光学的研究对象是激光等强光电场与物质相互作用时所产生的各种非线性效应,对光子信息的产生、传输和存储具有重要的理论价值。有机非线性光学材料因为其非线性光学效应大,响应速度快,价格便宜,海量的候选材料和分子设计的灵活性等特点,在非线性光学的诸多应用领域具有独特优势和重要的应用价值。例如,目前的研究热点利用非线性光学效应研制太赫兹波光源和高质量的电光器件等领域均属于非线性光学的研究领域。然而制备具有高热稳定性和高非线性光学性能的有机非线性光学器件,仍然是材料研究领域的一个难点。上世纪的80年代末到90年代初,随着有机盐类化合物的非线性光学性质和晶体生长的研究深入展开,有机盐类特别是苯乙烯基吡啶盐(stilbazolium)类化合物为有机非线性光学材料的研究提供了一个新的解决方案。一方面,离子性的阳离子生色团,有可能通过分子设计提供较大的非线性光学响应;另一方面,通过引入不同的反离子,有可能调控宏观材料的晶体结构。从这两个方面入手,极有可能制备出高性能的有机非线性光学材料。本论文的研究工作的主要目的是在传统的stilbazolium类化合物的结构基础上,通过设计合成以咔唑分子结构为核心的单/双乙烯基吡啶盐,形成一维/二维分子内电荷转移体系(1DICT/2DICT),研究它们线性光学和二次非线性光学性质;通过离子交换方法,引入不同的反离子,探讨反离子对晶体结构的影响;同时考察这类有机盐作为新的双光子引发剂其双光子吸收性质和应用于双光子微加工的实际效果。本论文由七章组成,各章具体内容如下:第一章对非线性光学和非线性光学材料的研究背景进行了综述。包括介绍非线性光学和非线性光学材料研究的发展过程,有机非线性光学材料的种类和理论模型,分别阐述了有机化合物作为二次非线性光学材料和双光子吸收材料的理论基础、分子设计原则和目前的研究现状,提出了本论文研究的意义和设计思想。第二章介绍本论文研究工作开展过程中用到的试剂仪器和性质评价方法。第叁章研究了1DICT/2DICT两个系列化合物的线性光学性质,包括紫外吸收光谱、荧光光谱、量子产率和激发态寿命的测试,同时运用量子化学理论计算的结果探讨了它们的分子轨道和激发态性质,为进一步评价和认识它们的非线性光学性质打下了基础。第四章采用HRS方法测试并计算得到一种2DICT化合物的分子二次非线性光学系数,该数据为该类化合物的二次非线性光学特性评价提供了重要参数。第五章采用离子交换方法引入多种阴离子,考察了所获得的有机盐的热稳定性和非线性光学活性,选择了有非线性光学活性的晶体材料进行晶体生长,培养单晶。通过对单晶结构的比较,分析了一些具有负电荷的反离子对晶体结构控制的影响因素,为今后的宏观晶体设计,提供了参考。第六章评价了1DICT/2DICT两个系列化合物的双光子吸收特性,2DICT在800纳米处的双光子吸收截面可达1700GM以上,结合分子轨道计算结果和线性吸收光谱,明确了2DICT体系中ICT的相互作用可以提高特定波长下的双光子吸收特性。同时,在应用2DICT分子作为引发剂所进行的双光子微加工研究中获得了微尺度叁维立体光子晶体。第七章:对本论文的研究工作和结果进行了总结。第八章:详细列举了在本论文研究过程中所进行的化合物合成的实验工作及相关实验数据。
张晓青[4]2013年在《基于飞秒激光的半导体纳米线二阶非线性光学效应研究》文中指出纳米光子学是纳米科学技术的重要分支，主要研究亚波长尺度下光与物质相互作用的基本规律及应用。半导体纳米线作为纳米光子学中重要的基本素材元件，兼顾了纳米尺寸下特有的局域场增强效应及半导体材料的复合发光特性，在强光场作用下其非线性系数会显着增强，从而产生明显优于块状半导体材料的非线性发光特性。近十几年来，研究人员已经对其在纳米激光器、混频器、太阳能电池、光电集成回路、生物传感等领域的应用潜力进行了极具创新和想象力的前沿探索，并取得了突破性成果。本文在纳米光子学的框架内充分调研了半导体纳米线的发光特性，对前人理论和实验方面的工作进行了综述。着重介绍了半导体纳米线的非线性共振和非线性非共振响应特性，探讨了纳米线结构二阶非线性效应产生的物理机制。其次，重点对纯闪锌矿GaAs纳米线的两种二阶非线性光学特性进行了实验和理论分析。利用有限元法（Finite Element Method, FEM）在稳态和瞬态条件下数值模拟了纳米线结构中局域场增强效应的存在，并在单根纳米线上成功模拟了SHG信号的产生。在此基础上，实验验证了纳米线的倍频特性，表明GaAs纳米线可以实现至少1300-1600nm波段的宽带倍频，可以对800-1800nm近红外波段范围内的入射飞秒激光进行精确的可调谐倍频，且倍频信号对于垂直于纳米线轴向入射的光场偏振具有极高的偏振选择性。最后对同样的纳米线进行了和频信号产生实验。利用1040nm单波长飞秒激光器和输出在1416-1770nm的光参量振荡器(Optical Parameter Oscillator, OPO)，成功在纳米线上探测到了可调谐的和频信号。其偏振敏感性相对于倍频信号较弱，本文利用块状晶体的非线性极化率张量对这一结果进行了理论解释。利用两脉冲互相关信号对参考光延时的敏感性可以较为精确地测量（误差2.4%）待测脉冲的脉宽。实验结果表明，纯闪锌矿GaAs纳米线对入射飞秒激光具有优良的倍频与和频特性，是一种高性噪比、宽波段响应的优良混频器，在纳米光子器件领域具有极具广阔的应用前景。
田祥岭[5]2018年在《过渡金属硫族化合物和硒氧化铋的光学非线性研究》文中认为具有新奇非线性特性以及超快宽带红外可饱和吸收的光学材料的开发和应用极大地促进了现代光子学、光电子学等领域的发展。半导体的能带宽度和载流子密度是设计材料新奇特性和超快宽带红外非线性的先决条件和基础。在本论文中,我们使用Z扫描测量技术和瞬态吸收光谱研究了过渡金属硫族化合物(TMDCs,包括MoS_2、WSe_2和TiS_2)和硒氧化铋(Bi_2O_2Se)的特殊非线性响应以及超快载流子动力学,为理解和设计基于这些材料的光(电)子器件打下了基础。按研究的材料类别,本论文可以分为两大部分。第一部分主要是过渡金属硫族化合物(包括MoS_2、WSe_2和TiS_2)的特殊非线性行为及载流子动力学的研究。1.单层MoSe_2的CVD制备以及基于能带动态变化的宽度可饱和吸收特性研究。在少层或者单层的TMDCs体系中,由于介质屏蔽的增加,光生载流子容易形成激子(电子-空穴)、带电激子等多体电子能态。载流子密度增加会改变这些激子能态,引起能带重整效应。远低于能带宽度的频谱引起的饱和吸收行为可能和这种能带重整有关。为了验证这个假设,我们采用CVD技术制备了具有均匀厚度的单层MoSe_2,其带宽为1.53 eV,Z扫描测试表明单层MoSe_2在800 nm(1.55 eV)和1550 nm(0.80 eV)具有显着的可饱和吸收特性。为了解释这种远低于其本征禁带宽度的频谱引起的宽带可饱和吸收特性的机理,我们首先计算了单层MoSe_2中的载流子密度,发现在近红外脉冲辐照下,载流子密度超过Mott转变阈值,使绝缘半导体MoSe_2转变成电子(空穴)等离子体MoSe_2。载流子浓度急剧升高并超过Mott转变阈值带来两个结果:一是粒子数反转诱导的能带减小约为0.5 eV(1550 nm辐射时);另一个是载流子温度升高造成能带减小0.51 eV(1550nm辐射时)。粒子数反转和载流子温度升高的共同效应使单层MoSe_2的能带由最初的1.53 eV减小至0.52 eV(脉冲辐射时)。本部分从实验上证明了单层MoSe_2的近红外宽带可饱和吸收特性,并基于多体相互作用的理论,首次引入动态能带变化机理理解可饱吸收响应。2.多层WSe_2的CVD制备以及声子辅助的反斯托克跃迁引起的反饱和吸收特性研究。TMDCs系统中激子能级通常位于导带边缘,采用能带共振区域附近的光泵浦TMDCs时,会发生很强的激子共振效应,提高激子-声子相互作用和光学非线性特性。为了提高光-物质相互作用,我们采用CVD技术制备具有均一厚度的多层WSe_2(厚度为~55 nm)。为此,我们通过能带计算、PL技术得到多层WSe_2的能带在1.44 eV附近。800 nm(1.55eV)的泵浦光恰好位于能带边缘,拉曼和PL的共振提高效应也说明了这一点。Z扫描测量表明即使泵浦光能量大于能带宽度,多层WSe_2仍然吸收光子,同时湮灭声子,实现反饱和吸收响应。更重要地是光限幅阈值为~21.6 m J cm~(-2),这低于目前报道的其他800nm飞秒脉冲激光防护材料的阈值。本部分证明了激光共振区域声子辅助的反斯托克类型的非线性行为,更低的光限幅阈值为多层WSe_2的实际应用提供了更大的潜力。3.非平衡电子诱导的TiS_2超快可饱和吸收响应和飞秒锁模激光产生。电子材料受到超快激光照射时诱导的非平衡分布电子不仅能扰动费米能级,而且能提升非线性性能。具有半导体-半金属双性的材料受到脉冲激光泵浦时,电子密度迅速升高,增强材料的金属性。实验结果表明TiS_2具有近红外宽带超快光开关的特性:(1)Z扫描测试表明在800 nm和1550 nm具有宽带可饱和吸收行为;(2)瞬态吸收光谱表明TiS_2具有超快的光响应(~768 fs)和大的调制深度(~145%)。这是由于脉冲激光诱导的表面电子使半导体类型的Ti S_2表现出更多的金属特性。与此同时,我们搭建了基于TiS_2可饱和吸收体的脉冲激光器,该激光器在光通讯波段能实现脉宽~402 fs,重复频率为~5.70 MHz的飞秒激光输出。第二部分主要关注的是Bi_2O_2Se的超宽带可饱和吸收特性和载流子动态研究。中红外脉冲激光正逐渐成为工业和科学研究不可或缺的光源。目前,制约中红外脉冲激光发展的瓶颈之一是缺少合适的可用于中红外的可饱和吸收体。本论文中,由弱的静电相互作用形成的层状半导体材料在0.8-5.0μm范围存在可饱和吸收行为,并且中红外范围光响应时间达到皮秒量级,调制能力达到330.1%。基于Bi_2O_2Se可饱和吸收体,我们搭建了3μm的中红外脉冲激光器,并测试调Q激光输出性能。
李亚蕾[6]2013年在《Zn类半导体材料的超快非线性光学特性研究》文中进行了进一步梳理21世纪的信息科学与技术高速发展，半导体材料及相关技术是促进高科技不断进步的关键因素。在各种化合物半导体中，尤其以宽带隙半导体材料的应用最为广泛，倍受科研工作者的关注。Ⅵ族Zn类半导体属于直接带隙半导体，研究这类半导体材料的非线性光学特性，对于提升半导体材料的应用具有重要作用，因此在ps或者是fs微小时间量级上，对Ⅵ族Zn类半导体的非线性光学特性以及在激光器作用下的快速微观过程进行的基础研究，获得半导体响应时间对于提高光电器件的性能具有重要作用。本文以Ⅵ族Zn类半导体材料为研究对象，在皮秒和飞秒两种激光脉冲作用下，通过Z-scan技术及基于相位物体的泵浦探测技术研究其非线性光学特性及其动力学过程。采用Z-scan技术分别在两种激光脉冲作用下对叁种Zn半导体材料的非线性吸收以及非线性折射特性进行研究，并根据理论拟合获得这叁种半导体的非线性吸收系数以及非线性折射率。在532nm、21ps的激光脉冲作用下，ZnS、ZnO、ZnSe叁种晶体的非线性吸收为双光子吸收，非线性折射率的符号为负。在800nm，脉冲宽度为130fs的激光脉冲作用下，ZnSe非线性吸收仍然为双光子吸收，而ZnS晶体和ZnO晶体发生叁光子吸收，在此激光脉冲下叁种晶体的非线性折射率的符号为正。利用基于相位物体的泵浦探测技术在皮秒激光脉冲下研究ZnO晶体和ZnS晶体的非线性动力学过程，并在飞秒激光脉冲作用下对ZnS晶体的超快非线性动力学过程进行研究。在皮秒激光脉冲作用下，ZnO晶体和ZnS晶体的非线性响主要包含双光子吸收诱导产生的自由载流子效应和束缚电子效应。双光子吸收、自由载流子吸收、自由载流子吸收截面以及自由载流子寿命都对非线性吸收有影响，非线性折射来源于自由载流子引起的折射率的改变和束缚电子的克尔折射，而两种晶体都表现为强的自由载流子非线性折射。在皮秒激光脉冲作用下，自由载流子引起的非线性作用很大，在飞秒量级的脉冲宽度下，非线性主要是来源于束缚电子引起的非线性，同皮秒激光脉冲宽度相比，自由载流子的作用非常小。
李金[7]2018年在《含损耗材料的一维光子晶体的光吸收和非线性光学特性》文中指出1987年光子晶体的概念被首次提出,一经面世就受到各界广泛的关注。光子晶体能够控制电磁波的特性,使其表现出重要的研究价值。周期性的光子晶体会像半导体一样产生能带结构,可以有选择性的控制电磁波的传播。如果在其中插入缺陷层,则会在光子禁带中出现缺陷模。缺陷模频率的电磁波可以百分百的透射。在光子晶体的缺陷内,电磁场因被两边势垒局域而迭加增强,光吸收率因而增加。非线性光学效应也是依赖场强的一种光学现象,增强电磁场会使原本不能激发某种非线性光学效应或者需要很大光强才能激发的非线性光学效应的阈值极大地降低。光学Tamm态(Optical Tamm States,OTSs)是一种电磁表面态,一般出现在金属和光子晶体或者不同光子晶体之间的交界面附近。当出现光学Tamm态时,特定频率的电磁场会在交界面附近达到最高值,随着与界面越来越远,电磁场强度呈指数衰减。但金属薄膜由于在一般环境中极易被氧化而使器件的性能改变或失效,这会使金属的介电常数发生改变,因而选取可以替代金属的非金属材料实现光学Tamm态具有重要的意义。透明导电氧化物(TCO)薄膜在红外波段是金属的一种非常理想的替代品。比如铟锡氧化物(ITO)、铝锌氧化物(AZO)、镓锌氧化物(GZO)等。TCO的介电常数曲线和金属的类似,并由于本身就是氧化物,所以不怕暴露在环境中。另外,TCO薄膜的材料参数可以通过改变掺杂比例和实验条件来调节,在红外波段的损耗可以比金属的小很多,因此在红外波段是激发光学Tamm态的一种很好的材料。论文第二章在理论和实验上研究了缺陷中心含石墨烯的一维光子晶体的光学特性。特定频率的光波在光子晶体的缺陷内会有很强的电磁场局域,缺陷内电场强度的大小会随着光子晶体结构的改变而发生变化。我们设计了含缺陷的对称和非对称光子晶体两种结构,将石墨烯插入缺陷内,石墨烯对缺陷频率的光波的吸收率将大大增加。其中,我们可以通过增加或减少光子晶体周期数的方法来调节缺陷频率光波的局域电场强度的大小,得到局域电场强度和吸收率的关系。论文第叁章主要研究石墨烯在光子晶体中的增强非线性光学效应。针对第二章中缺陷内含石墨烯的两种不同光子晶体结构,并根据缺陷频率光波的局域电场强度与吸收率的关系,研究了光学双稳态的阈值与局域电场强度的关系,在理论上得到了含石墨烯的光子晶体结构中实现最小阈值的条件,这对利用高非线性光学系数的石墨烯研制新型的增强非线性光学器件具有重要的科学意义。论文第四章主要在实验上研究了含透明导电氧化物的光子异质结构中的光学Tamm态。本章主要利用透明导电氧化物薄膜在红外波段具有类金属的光学参数,将厚的透明导电氧化物薄膜与全介质光子晶体组成光子异质结构,在红外波段验证了这种电磁表面态。本章中,我们分别使用叁种透明导电氧化物(ITO、AZO、GZO)代替金属,在实验上证明含这叁类材料的光子异质结构中都可以激发光学Tamm态。
王传玉[8]2008年在《含偶氮材料的非线性光学特性研究》文中提出近年来,由于非线性光学有机聚合物材料在光通讯、光调制、传输器件方面广泛的应用前景,并且具有非线性系数高、非线性响应快、成本低、易加工、结构可设计等一些无机晶体无法比拟的优点而被广大科学家们所重视。本文首先综述了有机化合物非线性光学效应的研究进展和非线性光学材料的应用前景,阐明了这些领域某些需要解决的问题。研究了两种主客体掺杂偶氮聚合物非线性光学性质,分析了它们的光谱特性。用马克条纹法测量了掺杂膜的二阶非线性系数,发现在电子给体和共轭桥相同的情况下,随着电子受体的强度的增加,其非线性系数也随之规律性的增加。用溶致变色法测定了上述两种偶氮染料的一阶超极化率β和分子偶极矩μ的乘积,研究了取代基的电子效应和分子结构对μβ值的影响。发现偶氮样品的μβ值的大小和用马克条纹法测得的二阶非线性系数有同样的规律。对上面得出的结论给予了佐证。研究了两种新的共价键联型含偶氮聚合物材料的二阶非线性光学性质。测量了它们的二阶非线性系数,发现两种聚合物都有很大的二阶非线性特性,其中一种含偶氮材料的二阶非线性系数是目前实际应用的无机非线性材料LiNbO3的两倍。我们认为此聚合物有如此大的非线性性质是因为它的发色团含量高并且发色团的间距大导致了偶极矩作用较小,易于通过电晕极化使偶极子趋于排列。利用一种偶氮苯侧链聚合物液晶光学材料,对偏振全息记录进行了研究。我们利用两束正交的532nm圆偏光在样品中记录了纯偏振光栅。对于厚度为10μm的样品薄膜,其衍射效率可高达31.8%。研究发现,所记录全息光栅可转变读出光波的偏振态,同时衍射信号的强度与读出光波的偏振态密切相关。
付明[9]2013年在《半导体—贵金属复合纳米结构的超快非线性光学特性研究》文中进行了进一步梳理半导体量子点可以看做是一种零维的结构,由于其中的电子和空穴在叁维空间范围受到强的量子限制效应,因而可以通过简单地改变量子点的尺寸来调节其电学和光学特性。半导体纳米晶量子点中分立的电子能态和强的库仑相互作用,使其具有一些新奇的特性,如：可通过尺寸调节的光学特性、光学非线性和高的载流子倍增效率等。由于这些特性和他们在低阈值激光器、发光二极管、太阳能电池和非线性光子器件等方面的潜在应用,使得量子点被人们深入和广泛的研究。金属等离子体纳米结构可以通过其表面等离子体的增强局域场与量子点中激子的相互作用,来极大地增强一系列光学过程,如表面等离子体增强的光催化、光吸收和光伏效应、表面等离子体增强荧光、荧光共振能量转移和光学非线性过程,使得半导体量子点／金属纳米结构体系在线性和非线性光学领域都具有极其重要的应用前景。本论文将Z扫描技术、飞秒泵浦探测和微区光谱技术有机结合起来,对半导体薄膜、半导体量子点、金属纳米结构以及半导体量子点/金属纳米结构复合体系的光学非线性和超快动力学过程进行了系统研究。全文的主要内容如下：(1)采用飞秒泵浦探测技术,对不同激发光能量下不同尺寸的CdTe量子点中激子跃迁和复合的超快动力学过程进行了系统研究。(2)采用脉冲激光沉积技术,在石英基片上制备了单结晶相的Cu20多晶薄膜,并利用Z扫描的方法研究了在不同激发光能量下Cu20薄膜的叁阶非线性光学特性。(3)采用纳米球刻蚀技术结合脉冲激光沉积技术,在石英衬底上制备了周期性排布的Au纳米颗粒阵列,并通过控制退火温度和时间来调节其表面等离子体吸收峰的位置,然后通过滴涂法将CdTe量子点附着在Au纳米颗粒阵列表面得到CdTe量子点-Au纳米颗粒阵列复合结构。研究了该复合结构的线性与非线性光学特性,并且发现当Au纳米颗粒的表面等离子体吸收峰位调节到与CdTe量子点中的激子跃迁共振时,能够得到最高的荧光效率和最大的非线性折射率。(4)采用远场微区光谱技术,研究了在400nm和800nm飞秒激光的激发下,单根Ag纳米线对周围CdTe量子点的单光子荧光和双光子荧光的强度和偏振态的调控作用,并且证明了在800nm飞秒激光的激发下单根银纳米线中高阶等离子振荡模式的存在。(5)利用时域有限差分(FDTD)方法对在不同波长(400nm和800nm)和偏振方向的激发光作用下,对单根Ag纳米线的表面等离子体模式进行了数值模拟和理论分析。
张东帅[10]2016年在《镉类半导体量子点的光物理特性研究》文中指出镉类半导体量子点是指叁个维度尺寸都在1-10 nm的镉类半导体纳米晶体,因具有良好发光特性而被广泛应用。与镉类体相材料相比,具有量子尺寸效应、量子限域效应、表面效应等特性。尤其是镉类半导体量子点独特的量子限域效应,使其广泛的应用在太阳能电池、传感器器件、激光防护等方面。现在对镉类半导体量子点的研究在材料制备、非线性光学、检测等方面。核壳半导体量子点相比于单核半导体量子点的光学非线性特性有很大的不同。研究单核和核壳结构镉类半导体量子点的非线性特性,对非线性光学材料的获得及应用有重要意义。本文应用top-hat Z-scan技术研在纳秒和皮秒激光脉冲作用下研究了叁种不同尺寸的CdTe量子点的非线性吸收特性。在飞秒激光脉冲作用下研究了叁种不同尺寸的CdTe量子点及叁种不同尺寸的CdS量子点的光学非线性特性。又在纳秒和皮秒激光脉冲作用下研究了CdTe/CdS量子点与CdTe/ZnS量子点的非线性吸收特性。在飞秒激光脉冲作用下研究了CdTe/CdS量子点与CdTe/ZnS量子点的光学非线性特性。并进行了对比研究,研究发现:1.在纳秒与皮秒激光脉冲作用下,叁个尺寸的CdTe量子点的非线性吸收均为饱和吸收。在飞秒激光脉冲作用下,叁个不同尺寸的CdTe量子点为饱和吸收,叁个不同尺寸的CdS量子点为反饱和吸收。两种量子点的非线性折射均表现为自聚焦,非线性折射系数为正。其中CdTe1量子点和CdS量子点均为双光子吸收。研究表明随着量子点尺寸的减小,其非线性特性变大。主要是由于量子限域效应和表面效应引起的。同时表明不同材料的镉类半导体量子点的光学非线性特性也不同。2.在纳秒、皮秒和飞秒激光脉冲作用下,CdTe/CdS量子点和CdTe/ZnS量子点的非线性吸收均为饱和吸收。在飞秒激光脉冲作用下,两种核壳结构量子点的非线性折射均表现为自聚焦,非线性折射率系数为正。CdTe/CdS量子点和CdTe/ZnS量子点的非线性特性基本上大于CdTe量子点,主要是因为核壳结构量子点的表面缺陷低于单核结构量子点,激子态发光占主导。研究表明镉类半导体量子点的尺寸以及结构对其非线性光学特性有影响。
参考文献：
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[2]. 半导体碲化锌及氮化铟非线性光学特性研究[D]. 何伟强. 上海交通大学. 2007
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