半金属锑薄膜中电子动力学研究

采用时间分辨抽运-探测透射光谱,研究了不同波长和不同激发流密度下半金属Sb薄膜的超快电子动力学过程.透射变化率的时间延迟扫描曲线显示在延迟零点附近出现强的振荡,正的吸收饱和峰在亚皮秒时间内衰减为负的吸收增强峰.之后,负的吸收增强峰在数皮秒时间内甚至再次演变为吸收饱和.正饱和峰和负吸收峰幅度正比于激发流密度和光波长.对这些现象进行了分析,引入“缺陷”态模型及考虑“缺陷”态对光激发电子的快速俘获和逐渐释放,能够合理、半定量地解释实验观察到的所有现象. 关键词： 半金属 杂质或缺陷态 电子动力学 抽运-探测光谱     

光抽运太赫兹探测技术研究ZnSe的光致载流子动力学特性

利用光抽运-太赫兹探测技术,研究了ZnSe的载流子弛豫过程和太赫兹波段电导率的时间演化过程.在中心波长为400 nm的抽运光作用下,ZnSe的载流子弛豫过程用双指数函数进行了很好的拟合,其快的载流子弛豫时间和慢的载流子弛豫时间均随抽运光密度的增加而增大.快的载流子弛豫时间随抽运光密度的增加而增大与样品中的缺陷有关,随着激发光密度的增加,激发的光生载流子浓度增大,缺陷逐渐被光生载流子填满,致使快的载流子弛豫时间增大;慢的载流子弛豫时间随着抽运光密度增加而增大主要和带填充有关.不同抽运光延迟时间下ZnSe在太赫兹波段的瞬态电导率用Drude-Smith模型进行了很好的拟合.对ZnSe光致载流子动力学特性的研究为高速光电器件的设计和制造提供了重要的实验依据.     

GaAs中带填充效应与带隙重整化效应的竞争

采用时间分辨线偏振光抽运-探测光谱研究常温下本征GaAs中载流子弛豫动力学,观察到饱和吸收和吸收增强现象.发现载流子浓度为2×10¹⁷ cm^-3, 探测光子能量小于1.549 eV时,饱和吸收现象比较明显,反之,有明显的吸收增强现象出现.载流子浓度大于7×10¹⁶ cm^-3的范围内,吸收增强信号随时间增大没有减弱的趋势,反而有继续增强的趋势.理论上,考虑带填充效应和带隙重整化效应的竞争,模拟得到与实验谱线相符合的结果. 关键词： 飞秒抽运-探测光谱 带填充效应 带隙重整化效应 载流子寿命     

Cd0.96Zn0.04Te光致载流子动力学特性的太赫兹光谱研究

采用光抽运-太赫兹探测技术研究Cd_0.96Zn_0.04Te的载流子弛豫和瞬:态电导率特性.在中心波长800 nm的飞秒抽运光激发下,Cd_0.96Zn_0.04Te的载流子弛豫过程用单指数函数进行了拟合,其载流子弛豫时间长达几个纳秒,且在一定光激发载流子浓度范围内随光激发载流子浓度的增大而减小,这与电子-空穴对的辐射复合有关.在低.光激发载流子浓度(4.51×10¹⁶—1.81×10¹⁷ cm^-3)下,Cd_0.96Zn_0.04Te的太赫兹(terahertz,THz)瞬态透射变化率不随光激发载流子浓度增大而变化,主要是由于陷阱填充效应造成的载流子损失与光激发新增的载流子数量近似.随着光激发载流子浓度继续增大(1.81×10¹⁷—1.44×10¹⁸ cm^-3),THz瞬态透射变化率随光激发载流子浓度的增大而线性增大,是由于缺陷逐渐被...     

GaAs在光通讯波段的超快非线性光学研究

采用Z-扫描和泵浦-探测技术,在光通讯波段对砷化镓(GaAs)单晶进行了非线性动力学以及非线性光学的实验研究.飞秒泵浦-探测实验结果表明,三阶非线性光学效应源于砷化镓单晶对飞秒激光的瞬态双光子吸收,而五阶非线性光学效应源于砷化镓单晶双光子吸收诱导的自由载流子吸收效应.通过Z扫描实验,得到了关于GaAs单晶所有的非线性光学参数,包括双光子吸收系数、三阶非线性折射系数、双光子吸收诱导的自由载流子吸收截面以及双光子吸收诱导的自由载流子折射截面.结果表明,砷化镓单晶在制造光限幅器件和光电探测器方面具有良好的发展前景.     

DMSO溶剂中All-trans-astaxanthin激发态的飞秒时间分辨光谱

基于飞秒时间分辨瞬态吸收和多元瞬态光栅光谱技术对全反式Astaxanthin(AXT)在DMSO溶剂中的超快激发态弛豫动力学进行了观测.结果表明,光激发后AXT/DMSO体系直接发生S_0→S_2跃迁,基态漂白对应光谱范围为420~550nm.由S_2→S_1的内转换过程发生的时间常数为120~160fs.S_1态激发态吸收对应的光谱范围为550~740nm,基态漂白恢复过程对应的是S_1→S_0的内转换过程,其时间尺度为4.50~5.50ps.     

GaN晶体在飞秒紫外波段激发下的可变非线性吸收效应和光动力学过程研究

采用Z扫描和泵浦-探测技术研究了GaN薄膜在370 nm时的非线性光学效应和非线性光动力学过程。首先,基于GaN薄膜的透射光谱,结合线性光学理论分析得到了其在370 nm的线性折射率n₀、线性吸收系数α₀、光学带隙E_g等线性光学性质。采用飞秒激光Z扫描技术,得到了不同光强激发下的Z扫描实验响应结果,结合非线性光学理论提取出GaN薄膜可变的光学非线性吸收效应。在激发光子能量接近GaN带隙情况下,低光强时材料表现为饱和吸收而高光强时为反饱和吸收,这是因为低光强下单光子吸收占主导而高光强下以单光子感应自由载流子吸收为主。闭孔Z扫描测量得到了GaN薄膜的三阶非线性折射系数为n₂=-(1.0±0.1)×10-3 cm2·GW-1,它几乎比传统非线性介质的高出一个数量级。为了探究上述非线性过程的动力学弛豫时间以及进一步探究GaN薄膜非线性光动力学过程的深层物理机制,采用了交叉偏振飞秒退相泵浦探测技术观察GaN薄膜的光激发载流子动力学弛豫过程。实验结果表明,在低光强下,饱和吸收效应来源于瞬态单光子吸收,高光强下单光子感应自由载流子吸收为非瞬态光动力学过程,其自由载流子弛豫时间约为17 ps。该工作将为GaN薄膜在紫外非线性纳米器件应用以及GaN薄膜非线性过程的机制分析理解提供新的思路。     

Ge2Sb2Te5非晶薄膜中超快载流子动力学的飞秒分辨反射光谱研究

利用飞秒时间分辨抽运-探测反射光谱技术研究了室温下Ge₂Sb₂Te₅非晶薄膜中载流子超快动力学及其激发能量密度依赖性.发现光激发后05 ps时间内,反射变化率降到最小值,然后开始迅速增加,在几个皮秒时间内达到大于初始反射率的新的最大值.反射率的减小量、增加量和增加速率均随激发能量密度的增大而增加.利用高密度等离子体的Auger复合及其感应的晶格加热模型较好地定量解释了反射率由最小到最大的快速变化过程,表明高密度等离子体的Auger复合加热 关键词： 抽运-探测光谱 2Sb₂Te₅非晶薄膜')" href="#">Ge₂Sb₂Te₅非晶薄膜 Auger复合 载流子动力学     

双光子激发ZnSe自由载流子超快动力学研究

采用Z扫描和抽运-探测实验技术, 在波长为532 nm、脉冲宽度为41 fs的条件下测得ZnSe晶体的双光子吸收系数, 并获得了不同激发光强下的自由载流子吸收截面、电子-空穴带间复合时间和电子-声子耦合时间. 研究发现, 随着激发光强的增大, 自由载流子吸收截面减小, 复合时间变短. 当激发光强增大导致载流子浓度大于10¹⁸ cm^-3时, 抽运-探测信号出现明显改变, 原因归结为强光场激发导致样品在短时间内带隙变窄和电子-空穴等离子体的形成.     

GaAs体材料及其量子阱的光学极化退相特性

采用飞秒时间分辨瞬态简并四波混频技术，在室温下测量了GaAs体材料及其量子阱材料GaAs/Al_0.3Ga_0.7As的光学极化超快退相时间，当激光中心波长为785nm，受激载流子浓度为10¹¹cm^-2时，它们的退相时间分别为28fs和46fs.量子阱材料的退相时间比体材料的长，这是由于量子阱中的载流子在垂直于GaAs/AlGaAs界面的运动受到限制，运动呈现二维特性，大大减小了载流子的散射概率.实验中观察到瞬态简并四波混 关键词： 时间分辨简并四波混频 飞秒激光脉冲 退相 密度矩阵     

自旋极化度对GaAs量子阱中吸收饱和效应与载流子复合动力学的影响研究

本文研究了(001) GaAs量子阱薄膜中重空穴激子近共振抽运-探测的载流子自旋弛豫动力学, 发现载流子的自旋极化对传统的线偏振光吸收饱和效应和载流子复合动力学都有影响. 进一步的抽运流依赖的自旋弛豫和复合动力学研究表明, 自旋极化对线偏振光的吸收饱和效应的影响随抽运流降低而变弱. 在低激发流时, 自旋极化对线偏振吸收饱和效应的影响才可忽略. 然而, 又显现出自旋极化对复合动力学的影响. 分析表明复合动力学的自旋极化依赖性起源于重空穴激子形成浓度的自旋极化依赖性. 复合动力学的自旋极化依赖性表明自旋弛豫时间计算中所涉及的复合时间应该使用自旋极化载流子的复合时间. 基于二维质量作用定律的激子浓度计算表明, 库仑屏蔽效应对激子形成的影响在较低激发载流子浓度下可以忽略.     

基于瞬态光克尔效应的超快光学快门技术

系统介绍了几种基于瞬态光克尔效应的超快光学快门技术,包括传统的光克尔双折射快门技术,瞬态光栅快门技术,以及利用瞬态克尔透镜效应的光学快门技术。这些技术都是在泵浦-探测的实验配置基础上,利用门控光对克尔介质折射率的瞬态调制导致的信号光的相位（偏振态）、传播方向或光束发散角等光学特性的改变实现对信号光的超快时间分辨测量。对比讨论了这些超快快门技术的工作原理和实验配置,结果表明瞬态光束偏折快门技术相比其他快门技术具有无偏振配置要求、无相位匹配条件、超宽带光谱响应范围的特点,在光与物质相互作用的超快动力学研究中具有更为广阔的应用前景。     

The study of ultrafast magnetization dynamics induced by femtosecond laser pulses in GdFeCo amorphous film

The time-resolved magneto-optical Kerr spectroscopy technique is used to study the ultrafast magnetization dynamics induced by femtosecond laser pulses in GdFeCo amorphous film. We study concretely the influence of the different pump fluence and the different external magnetic field on magnetization dynamics of ultrafast demagnetization, magnetization reversal and magnetization recovery. The pump fluence dependence magnetization dynamics shows that the degree of demagnetization, the degree of magnetization reversal and the time of magnetization recovery increase with pump fluence, which can be interpreted by the “three-temperature” model. The external magnetic field dependence magnetization dynamics shows that the rate of magnetization reversal increases with the external field, which accord with the magnetization reversal mechanism based on the reversed magnetic domain nucleation and domain-wall motion.     

飞秒时间分辨实验中泵浦-探测交叉相关函数的测量和时间零点的确定

飞秒激光技术的出现使得实时探测与跟踪激发态超快弛豫动力学过程成为可能,并能够给出激发态动力学过程清晰的物理图像。而在飞秒时间分辨实验中,泵浦-探测相关函数和时间零点直接影响实验结果的可靠性和准确性。本文结合飞秒激光在分子激发态超快动力学过程中的应用进展,介绍了根据实验条件和要求,在具体实验过程中泵浦-探测相关函数测量和时间零点确定的几种方法。实验中选择可见光作为泵浦光和探测光时,可以通过测定随泵浦-探测时间延迟变化的泵浦激光与探测激光的和频/差频光强来确定泵浦探测交叉相关函数和时间零点;而选择中心波长在紫外甚至真空紫外的激光脉冲作为泵浦光或探测光时,泵浦-探测交叉相关函数通常采用校正的方法测量。     

飞秒时间分辨实验中相关函数和时间零点的确定

结合飞秒激光在研究分子激发态弛豫动力学中的应用,介绍了几种飞秒时间分辨实验中确定泵浦激光脉冲与探测激光脉冲的相关函数和时间零点的方法.对于波长在可见波段的泵浦和探测激光脉冲,我们可以利用非线性光学的技术手段,探测泵浦光与探测光的和频光的强度随二者间的时间延迟的变化来确定相关函数和时间零点;对于波长在紫外甚至更短的波段的泵浦和探测激光脉冲,由于单脉冲能量比较低,目前还很难利用技术手段来测定泵浦激光与探测激光的相关函数及时间零点,可以利用某些原子气体(如Xe)或某些具有短寿命态的分子作平行实验进行间接测量.     

GaAs光生载流子动力学机制的超快光谱学分析

利用飞秒激光泵浦探测技术,通过改变光学参数,如中心波长、功率,分别对未故意掺杂高纯n型砷化镓的差分反射谱进行研究,进而分析室温下砷化镓光生载流子动力学过程.首先,当泵浦光功率恒为100mW,探测光功率恒为10mW时,随着中心波长的增大,差分反射率峰值随之增大,信噪比也随之增加.其次,通过拟合不同延迟时间下泵浦光功率和差分反射率的实验曲线,并和理论模型比较后发现,在一定范围内的泵浦功率和差分反射率呈线性相关,未故意掺杂高纯n型砷化镓的饱和载流子浓度为(3.590 1±0.310 3)×1017 cm~(-3).在此基础上,把光生载流子动力学过程分为3个过程:804±67fs的光激发过程、134~268fs的初始散射过程、1ps和3~6ps的复合过程.研究表明,差分反射率与探测功率不存在显著的依赖性,但差分反射谱的信噪比与探测功率存在相关性.     

飞秒光诱导铽镓石榴石晶体中的磁化响应研究

运用时间分辨抽运-探测光谱技术,研究了磁光晶体铽镓石榴石(TGG)在不同椭圆偏振态的飞秒激光脉冲诱导下的极化和磁化响应.研究表明,当仅存在逆法拉第效应时,探测光旋转角信号和椭圆率信号的变化方向与圆偏振抽运光的旋向相关.这是由于圆偏振光在TGG晶体中产生的瞬态有效磁场的方向依赖于圆偏振光的旋向所致.光诱导磁化过程与材料的性质有关,TGG晶体的顺磁特性决定了其自旋弛豫时间为几十飞秒.由于探测光旋转角信号和椭圆率信号的半高全宽均为500 fs左右,加之信号强度随着抽运光脉冲能量密度的增加呈线性增长,表明TGG晶 关键词： 铽镓石榴石晶体 抽运-探测光谱技术 逆法拉第效应     

Femtosecond magneto-optical Kerr microscopy

We have developed a magneto-optical Kerr microscope that allows us to measure the ultrafast magnetization dynamics of ferromagnetic nanostructures. The magneto-optical signal can be recorded in a confocal reflection geometry with an accurate selection of the polarization. The magnetization dynamics is obtained from pump-probe measurements using frequency nondegenerate collinear pump and probe beams with a temporal resolution of 180 fs. Both probe and pump beams are focused to their diffraction limit, leading to an overall spatial resolution of 600 nm. The efficiency of the apparatus is tested by investigating the magnetization dynamics of individual CoPt(3) disks with a submicrometer diameter and a thickness of 15 nm.