PbS量子点玻璃的三阶光学非线性效应的实验研究

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量子点材料具有的量子限域效应、表面效应和介电限域效应使它们呈现出许多新奇的特性,在光开关、光通讯中的频率转换等领域非常广阔的应用前景。近些年来,纳米材料,特别是半导体量子点的制备及其光学性质的实验研究已经成为多学科交叉研究的热点。开辟制备半导体量子点掺杂玻璃的新途径,探索材料的光学非线性效应,弄清三阶光学非线性效应的产生机理,对相应的基础研究以及实际应用都有非常重要的科学意义。在论文工作期间,选择非常重要的硫化铅材料,采用溶胶-凝胶法,将不同浓度的硫化铅掺杂在Na2O-B2O3-SiO2玻璃中制备出PbS量子点玻璃材料,分析了它的三阶光学非线性效应及其物理机制。本论文的第一部分介绍了量子点材料的光学性质以及研究现状。第二部分介绍了三阶光学非线性效应研究的概况和飞秒Z-扫描实验的装置及其基本原理。第三部分介绍了硫化铅(PbS)掺杂玻璃的量子点玻璃材料的制备方法。通过紫外-可见以及近红外吸收实验,分别得到了该材料的紫外-可见和近红外吸收光谱,发现吸收带边的位置处在1400nm附近,由于量子效应的影响,与体材料相比,吸收带边发生了明显的蓝移。并对该材料进行了吸收系数和粒径大小的表征。最后一章使用自己搭建的飞秒激光Z-扫描实验装置测量了硫化铅量子点材料的非线性折射率和非线性吸收系数。闭孔Z-扫描实验表明三种不同掺杂浓度的样品均具有较强的自散焦效应,由开孔Z-扫描实验可知,样品均具有较强的饱和吸收效应。实验中使用的飞秒激光的波长是800nm,处在材料的吸收带左边,所以测量到的是该材料共振区的三阶光学非线性效应。通过计算,得到了不同掺杂浓度下的PbS量子点玻璃的三阶非线性折射率和非线性吸收系数。最后分析了实验结果,讨论了三阶非线性效应的产生机制。
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