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。     

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。     

Saturable Absorption Enchantment of Au Nanorods Based on Energy Transfer between Longitudinal and Transverse Energy Levels

Four kinds of Au nanorods(NRs)with different aspect ratios are designed to adjust the relationship between resonance energy level of longitudinal(L)and transverse(T)modes.During the femto-second Z-scan experiments,huge saturable absorption phenomena are observed while the energy level T is located between one to two times of the energylevel L.This means that the energy may transfer between longitudinal and transverse energylevels in the same and/or different Au NRs.It effectively depresses the production of revised saturated absorption and increases the saturable absorption efficiency.This method is significant for the preparation of high-efficiency saturable absorption devices.     

辐射对称金字塔型剪纸的力学行为

通过在弹性薄板上引入切口,构建了多边形辐射对称金字塔型剪纸结构.利用伽辽金法求解的悬臂梁形变公式和悬臂梁组合的方法,创建了用于解释形变过程的"梁模型",得到n个模块的正N边形金字塔结构的弹性系数与结构参数的关系公式,并求出弹性系数线性阈值的表达式,解释了该结构产生平面外扭曲的原因.利用推导的"梁模型"公式,并通过有限元仿真和实验的方法,系统研究了辐射对称金字塔型剪纸结构的力学响应特征,验证模型的准确性,并用于已有报道的石墨烯剪纸结构的力学特征分析.这项工作系统解释了竖直拉伸的金字塔型剪纸结构的力学响应.