ZnO/ZnS核-壳量子点的双光子吸收效应

利用飞秒激光Z-扫描与泵浦-探测技术,研究了室温下ZnO/ZnS与ZnO/ZnS/Ag核-壳胶体量子点的双光子吸收效应.研究发现:ZnO基核-壳量子点的本征双光子吸收系数比ZnO体材料增大了3个数量级;测量得到的660 nm处的ZnO/ZnS核-壳量子点双光子吸收截面约为4.3×10^-44 cm⁴·s·photon^-1,比相应的ZnS、ZnSe及 CdS量子点大2个数量级;当ZnO/ZnS核-壳量子点镶嵌了银纳米点时,非线性吸收有所增强.ZnO基复合纳米结构的双光子吸收增强可归因于量子限域与局域场效应.     

MoS_2溶液的波长选择性光限幅效应研究

采用N,N-二甲基甲酰胺(DMF)和四氢呋喃(THF)为溶剂,用离散法制备二硫化钼(MoS2)悬浮溶液,并用开孔Z扫描方法研究其在可见和近红外区域的非线性光学特性.结果显示,在强激光照射下,MoS2(in THF)悬浮溶液在可见波段(530 nm)透过率增强为常光透过率的1.54倍,表现为饱和吸收;在近红外波段(790 nm)透过率减弱为常光透过率的0.6倍,表现为反饱和吸收,具有很好的波长选择性光限幅效应.而作为对比的MoS2(in DMF)悬浮溶液在全波段透过率降低,呈现反饱和吸收特性,波长选择性不明显.机理解释可能为饱和吸收和热效应导致的自衍射两种机制联合作用.     

Linear and nonlinear optical properties of ZnO nanorod arrays

Polarization-dependent linear absorption, second-harmonic generation （SHG） and 3rd-order nonlinearities of wellaligned ZnO nanorod arrays have been investigated with ps pulses. The depressed spectral width and the enhanced intensity of reflective SHG along the long axis of ZnO nanorods were observed by using p-polarized pulses, which is explained by the optical confinements. The nonlinear absorption coefficient measured with s-polarization reached the maximum 4.0×10^4cm/GW at the wavelength -750nm, which revealed a large two-photon resonance absorption attributed to the quantum confined exciton when the polarization is vertical to the long axis of ZnO nanorod.     

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。     

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.     

新工科背景下基础力学实验教学模式改革实践与探索

针对“约定真值”的传统实验教学模式存在的判据模糊、内容固化和数据处理简单等不足,本文开展了“新工科”基础力学实验教学模式改革探索工作。通过调整教学观念、丰富实验内容和系统数据处理等方法,明确了基础力学实验判据,构建了以学生自主实践为中心,旨在培养实践创新能力、人文素养和家国情怀的力学实验教学新模式。     

TiO2浓度对核-壳结构Ag/TiO2纳米复合粒子结构以及三阶非线性光学性质的影响

采用光还原方法制备了核-壳结构的Ag/TiO2纳米复合粒子, 通过TEM、UV-Vis光谱和XRD表征了不同TiO2浓度下Ag/TiO2纳米复合粒子的结构和光学性质. UV-Vis光谱证明了银颗粒的存在, 且复合粒子中的银粒径随着TiO2含量的增加而增加, 同时随着TiO2浓度的增加, 银的吸收峰出现明显的增强和展宽；从TEM照片 发现, Ag/TiO2纳米复合粒子是一种以Ag为核, 外面包覆一层TiO2的核-壳结构, TiO2浓度和Ag+浓度的增加, 使得复合粒子的银颗粒粒径增大. 用Z-扫描技术, 以锁模Ti:sapphire飞秒激光器发出的脉宽为130 fs激光做光源, 在790 nm波长的光作用下, 研究了0.5%(w)Ag+含量, 不同TiO2浓度的Ag/TiO2纳米复合粒子的非线性光学特性. 结果发现, 在790 nm激光作用下, 0.25%(w)TiO2样品膜有双光子吸收和自聚焦非线性折射现象; 而当TiO2浓度为0.70%(w)时, 样品膜的非线性吸收由反饱和吸收转变为饱和吸收.     

MoS2纳微薄膜激光非线性透射的调控研究

超短飞秒脉冲激光(脉冲时间<40 fs)有独特的热效应机理, 但尚无针对其设计的光限幅保护膜. 本文采用易于产业化的离散-旋涂法制备了MoS₂纳微薄膜(厚度150–200 nm). 光限幅测试结果表明, 针对超短脉冲激光, 此纳微薄膜在低光强下增透, 高光强下减透(光限幅); 且能通过改变入射波长, 调控其光限幅阈值, 可用于聚光太阳能电池的效率增强和损伤保护.利用此方法, 对已商用的砷化镓太阳能电池进行涂膜, 发现转换效率降低<3%, 但损伤阈值提高>50%.     

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.     

铝镓氮薄膜双光子吸收效应

基于飞秒激发Z扫描实验技术,研究了氮化镓薄膜和不同铝掺杂含量的掺铝氮化镓(以下简称铝镓氮)薄膜的超快非线性光学响应特性。在开孔Z-scan测试中,纯Ga N晶体薄膜表现出典型的双光子吸收特性,双光子吸收系数为3.5 cm/GW,且随着激发光强的增大而逐渐减小。随后测试了不同铝掺杂含量的Al_xGa_(1-x)N薄膜的非线性吸收系数。结果表明,随着铝掺杂摩尔分数的提高(0,19%,32%,42%),非线性吸收系数逐渐减小(18,10,6,5.6 cm/GW)。结合半导体非线性吸收理论分析,Al_xGa_(1-x)N薄膜材料的非线性过程主要是双光子吸收主导非线性响应物理过程。实验结果与半导体双光子吸收过程Sheik-Bahae理论符合得很好。