CdSeS量子點的光學非線性特性研究.pdf

1、由強激光產(chǎn)生的非線性光學現(xiàn)象正在為越來越多的人們所注意，而材料是其發(fā)展的重要物質(zhì)基礎。半導體量子點由于量子限域效應(quanlLtuIn confine effect)而表現(xiàn)出許多獨特的光、電特性，例如具有較大非線性吸收和較大的三階非線性極化率等，使之成為光開關(guān)、光限幅和光存儲等光電子器件的優(yōu)選材料，在光電子器件、微電子、超大規(guī)模集成電路和超高密度存儲以及量子計算等方面顯示出了廣闊的應用潛力。上世紀九十年代后期，隨著半導體技術(shù)的發(fā)展和工

2、藝的改進，量子點在醫(yī)學、生物領(lǐng)域的應用獲得了巨大的成功，取得了巨大的突破。因此研究量子點的光學特性及其潛在的應用具有非常重要的意義。
　　 本文采用Z-掃描技術(shù)重點研究了CdSeS量子點在1064nm和532nm光激發(fā)下的光學非線性特性，并揭示了其光學非線性行為的物理過程與機制。主要工作歸納如下：
　　 1.首先采用透射電鏡掃描技術(shù)(TEM)對CdSeS量子點確定了其粒徑的大小，通過吸收光譜確定了其吸收帶邊；分析其熒光光

3、譜確認在532nm光激發(fā)下觀測到的熒光是雙光子吸收引起的。
　　 2.在1064nm光的激發(fā)下，采用Z-掃描技術(shù)研究了CdSeS量子點的光學非線性特性，得到如下重要結(jié)果：CdSeS量子點對1064nm的光沒有非線性吸收，其非線性折射率隨光強變化不大；理論分析表明該非線性折射率主要源自于價帶束縛電子的貢獻，非線性折射率的變化主要是由于價帶電子云的畸變引起的，且在實驗中所用光強的范圍內(nèi)，該畸變的變化幅度不大。
　　 3.在5

4、32nm光的激發(fā)下，采用Z-掃描技術(shù)研究了CdSeS量子點的光學非線性特性，研究表明：
　　 (1)CdSeS量子點對532nm波長的激光存在很強的雙光子吸收效應和很低的產(chǎn)生雙光子效應的閾值光強。對量子點在不同光強下的雙光子吸收系數(shù)的研究表明，雙光子吸收主要來自于價帶束縛電子的貢獻。隨入射光強的增大，被激發(fā)的束縛電子增多，因此雙光子吸收系數(shù)也會隨之增大。當達到一個閾值后，導帶中聚集的大量自由載流子達到飽和后會阻礙價帶中的束縛電子

5、向?qū)У能S遷，當價帶導帶之間的電子密度達到了一種動態(tài)平衡后，雙光子吸收系數(shù)也就達到了一個穩(wěn)定的數(shù)值。
　　 (2)CdSeS量子點的非線性折射率不僅有價帶上束縛電子的貢獻，導帶上的自由載流子也會對非線性折射率有所貢獻。隨著入射光強的增大，被激發(fā)的束縛電子增多，因此非線性折射率也會隨之增大。隨著光強的繼續(xù)增大，導帶中的自由載流子增多，由自由載流子引起的五階效應對非線性折射率的貢獻增大，但是由五階效應引起的非線性折射率是負的，因此出

6、現(xiàn)非線性折射率隨光強的增強而減小的現(xiàn)象。
　　 (3)計算了量子點的雙光子吸收截面和品質(zhì)因數(shù)，發(fā)現(xiàn)雙光子吸收截面比現(xiàn)在生物標記實驗中的常用的的有機物高出三個數(shù)量級，表明其在生物成像領(lǐng)域有著廣闊的應用前景。
　　 (4)在532nm的皮秒激光激發(fā)下，觀察了CdSeS量子點的光限幅行為，實驗表明量子點發(fā)生限幅的閡值光強較低，是制作光限幅器件的優(yōu)選材料。
　　 4.通過對系列量子點(CdSexS1-x和CdSexS1-