金屬復(fù)合納米材料及寬帶半導(dǎo)體材料的超快光物理研究.pdf

1、本論文主要分為兩個(gè)部分，第一部分研究了磁控濺射制得的以氮化硅為基質(zhì)的含銀金屬納米復(fù)合薄膜及離子交換得到的摻銀，銅復(fù)合玻璃的超快能量弛豫過程和三階非線性光學(xué)性質(zhì)，以及熱處理的影響。采用的是z-scan及飛秒時(shí)間分辨的泵浦-探測(cè)，光學(xué)克爾效應(yīng)等實(shí)驗(yàn)技術(shù)。第二部分是對(duì)氧化鋅晶體及微米管在800 nm附近強(qiáng)的飛秒光脈沖作用下的多光子激發(fā)過程的研究，并對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了一些相關(guān)的理論模擬。
　　 主要研究內(nèi)容和相應(yīng)創(chuàng)新結(jié)論如下：
　　

2、 1.通過飛秒泵浦-探測(cè)及z-scan等實(shí)驗(yàn)技術(shù)，研究了熱處理對(duì)由磁控共濺射法制備的Ag：Si3N4納米復(fù)合薄膜的光學(xué)非線性及超快能量弛豫過程的影響。結(jié)果表明，雖然熱處理對(duì)材料的三階光學(xué)非線性的值影響不大，但是因?yàn)闊崽幚砗蟛牧系奈战档?800 nm處)，其品質(zhì)因數(shù)相應(yīng)提高。對(duì)材料的超快能量弛豫過程的研究表明，熱處理后材料的能量弛豫過程明顯加快。我們認(rèn)為這主要是退火后銀納米顆粒尺寸明顯增大，導(dǎo)致自由電子振蕩頻率和聲子德拜頻率的重疊加大

3、，進(jìn)而導(dǎo)致更強(qiáng)的電子-聲子耦合，加速了快過程的弛豫速率。而慢的弛豫過程加速的原因被認(rèn)為與熱處理后Si3N4基底的相變使得其導(dǎo)熱性能得到提高有關(guān)。
　　 2.利用相關(guān)實(shí)驗(yàn)技術(shù)，研究了離子交換得到的單獨(dú)摻銀，單獨(dú)摻銅及同時(shí)摻銀和銅的復(fù)合玻璃的光學(xué)非線性及超快能量弛豫過程。發(fā)現(xiàn)在單獨(dú)摻銀的復(fù)合玻璃中，熱處理不僅能夠明顯增大材料在表面等離子共振(SPR)附近的光學(xué)非線性，還可以加速材料的快能量弛豫過程。其原因在于熱處理不但能夠促進(jìn)銀納米

4、顆粒的聚集，還有利于玻璃基底中銀離子向銀原子間的轉(zhuǎn)化。在退火后的樣品中可能存在銀納米顆粒內(nèi)部的電子與周圍玻璃基底的聲子間耦合等過程，這有利于材料能量弛豫過程的加速。對(duì)摻銅復(fù)合玻璃的時(shí)間分辨的結(jié)果分析可以得出，材料激發(fā)后電子布居的改變而造成的復(fù)合材料SPR紅移及展寬是造成不同波長出現(xiàn)光致吸收與漂白轉(zhuǎn)化的根本原因。對(duì)同時(shí)摻銀和銅的復(fù)合玻璃材料的時(shí)間分辨研究表明，玻璃基底中的銅和銀納米顆粒在不同波長處對(duì)材料的超快能量弛豫過程起主要貢獻(xiàn)。

5、>　　 3.對(duì)氧化鋅單晶及微米管兩種材料在波長為800 nm附近的飛秒強(qiáng)激光激發(fā)下多光子吸收過程的研究結(jié)果表明，即使存在雙光子失諧，在強(qiáng)的飛秒激光激發(fā)下，雙光子吸收而不是三光子吸收在氧化鋅材料的激發(fā)過程中占主要影響。我們認(rèn)為極強(qiáng)光電場(chǎng)作用下出現(xiàn)的一些非線性效應(yīng)可能會(huì)極大地提高氧化鋅的雙光子吸收效率。對(duì)雙光子Rabi振蕩參與下的氧化鋅激發(fā)過程的理論模擬結(jié)果表明，在失諧條件下，一定消相過程的存在有利于二能級(jí)系統(tǒng)中上能級(jí)粒子數(shù)的布居。

6、>　　 總之，本論文通過對(duì)熱處理前后兩類金屬復(fù)合納米材料的光學(xué)非線性及超快能量弛豫過程的研究，證明了適當(dāng)溫度下的熱處理有利于提高該類材料的光學(xué)非線性性能及超快光響應(yīng)。對(duì)不同種類氧化鋅材料在飛秒激光強(qiáng)光場(chǎng)作用下的研究結(jié)果表明，多光子過程同樣能有效地激發(fā)氧化鋅這類寬禁帶半導(dǎo)體材料，強(qiáng)光場(chǎng)下出現(xiàn)的一些非線性光學(xué)效應(yīng)可能在材料的激發(fā)過程中占有重要的影響。本論文的研究結(jié)果有助于人們加深對(duì)金屬納米復(fù)合材料體系光物理特性的認(rèn)識(shí)。有關(guān)氧化鋅材料的多光