GaAs载流子的超快动力学特性

利用飞秒瞬态反射谱,研究了GaAs的载流子的超快动力学特性。根据实验结果,分析了弛豫过程,并通过计算,分析了自由载流子和晶格温度效应对弛预过程的影响,并给出了定量计算结果,分别为-7.33x10~(-4),0.85×10~(-4)。     

飞秒超快动力学过程及飞秒检测

首先分析了飞秒激光与物质的作用原理和载流子激发,载流子散射和晶格热化等超快动力学过程．接着简要阐述了飞秒波谱检测技术的基本原理和实验装置,并在此基础上分别介绍了瞬态吸收波谱技术、瞬态偏振旋转技术和光子回波技术,结合实例对这些技术进行了分析,最后展望了瞬态动力学研究和飞秒波谱检测技术的应用前景。     

飞秒激光探测超快磁动力学的研究进展

飞秒激光抽运探测在超快磁动力学的研究中有十分广泛的应用.当前在超快磁动力学的研究中,根据抽运光对样品激发方式的不同,主要分为两类:(1)光激发下的磁动力学;(2)磁场激发下的磁动力学.介绍了这两种激发模式下的磁动力学的最新研究进展,并对未来的研究方向进行了展望.     

飞秒激光烧蚀高定向热解石墨的超快过程研究

脉冲激光烧蚀高定向热解石墨(HOPG)是制备富勒烯、碳纳米管等碳纳米材料的重要方法之一。研究和认识飞秒脉冲激光烧蚀高定向热解石墨的超快物理过程,可以为探索飞秒激光烧蚀制备各种碳纳米材料提供重要的实验和理论基础。利用抽运-探测技术记录了0.33～20J/cm2不同激光能流下50fs激光脉冲烧蚀高定向热解石墨在0～9ns时间窗口内的超快动态过程,并且比较分析了烧蚀高定向热解石墨和烧蚀铝靶的差别。实验发现,随着入射到高定向热解石墨表面的激光能流从20J/cm2下降到0.33J/cm2,光热机制导致的物质去除逐渐减少,光机械机制的应力释放导致的大颗粒物质喷射逐渐成为主要的物质去除过程。分析表明,靶材的吸收系数是导致高定向热解石墨和铝靶烧蚀动态过程不同的主要因素。     

基于光抽运-太赫兹探测技术的ZnSe纳米薄膜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纳米 薄膜的载流子弛豫过程和太赫兹波段 电导率的时间演化过程。通过监测THz探测脉冲的变化,系统地研究了ZnSe纳米晶在光激发 载流子诱导下的瞬态光电导特性,并用Drude-Smith模型对瞬态电导率进行了拟合。在400 nm 的激光脉冲激励下,太赫兹脉冲的负透过率呈现出超快的上升和双指数衰减现象。时间常数 为5ps的快速衰减过程主要由ZnSe纳米晶界面缺陷处的光载流子后向散射控制,而时间常数 大于1ns的慢衰减过程主要是由载流子从导带到价带的复合引起的。瞬态电导率随时间的演 化表明,ZnSe纳米材料是制备超快THz开关的很好的备选材料。     

飞秒激光与材料相互作用中的超快动力学

飞秒激光以其超快超强特性可以实现三维复杂结构的微纳级别精密制造。超快光场与材料相互作用过程中存在大量新现象、新效应和新机制,亟待揭示。本文简要介绍飞秒激光与材料相互作用的基本过程以及飞秒激光泵浦探测技术的发展历程。首先重点阐述了高斯型飞秒激光与材料相互作用超快动力学的研究进展,根据不同的时间尺度分别对相互作用过程中的光子与电子相互作用、电子与晶格相互作用过程、相变,以及等离子体/冲击波喷发等过程的观测与机制分析进行总结;随后针对基于电子动态调控新方法的飞秒激光加工超快动力学进行综述,分析对比了其与传统飞秒激光和材料相互作用超快动力学的差异;最后针对该领域的发展方向进行了展望。     

半导体纳米颗粒载流子的超快弛豫过程

分析了纳米颗粒的能级结构,建立了载流子弛豫的简化模型,运用数值模拟方法讨论了激发密度、表面态密度及俘获态电子的弛豫率对弛豫过程的影响。讨论结果表明,激发密度的增大及表面态的减少都会导致表面态上电子的饱和,使导带上出现电子的积累,导带电子寿命增大;深俘获态电子的弛豫是影响材料响应速度的主要因素。最后应用此模型对近红外泵浦探测实验的结果进行分析,表明模型可望在实验结果分析上得到应用。     

超快激光诱导单晶硅瞬态光学性质演化机理

研究了从亚皮秒到皮秒范围内的不同脉宽和不同能量密度的激光作用下单晶硅材料表面瞬态光学性质的演化规律。这项工作基于考虑了相变潜热的双温方程、载流子数密度模型,通过计算激光辐照过程中的载流子温度、晶格温度和激发态载流子数密度和介电常数,模拟了光子到电子以及电子到声子的能量传递过程,最终得到了单晶硅表面折射率和消光系数的变化结果。有助于揭示亚皮秒到皮秒脉冲宽度范围的超短脉冲激光辐照下,单晶硅材料瞬态光学性质的演化机理。理论结果表明,若单个激光脉冲无法使单晶硅熔化,则不同的激光能量密度和不同的激光脉宽对最小折射率的影响非常有限,在0.3~0.4 J/cm2的激光能量密度范围内,每0.01 J/cm2的能量密度改变引起的最小折射率变化率小于0.5%。若单个激光脉冲能使单晶硅熔化,则不同能量密度和不同脉宽的激光对硅表面的折射率和消光系数有不同程度的影响。该研究结果可为基于超短脉冲激光的单晶硅材料加工和表面改性提供一定的理论指导。     

Dynamics of Light-induced Reflectivity Change in Bulk GaAs by Femtosecond Laser Pulse

The pump-probe technique is an effective method to investigate uhrafast dynamics.And it is widely used in fundamental and application fields of Physics,Chemistry and Biology.The dynamics of bulk GaAs was investigated by femtosecond laser.By changing the area of pump spot,different laser fluences were obtained to excite electron from valence states to conduction states.And it was found that the amplitude of reflectivity change is different.When the carrier density N is 1.44×1018/cm3,the change of refraction index is about Dnc=-3.33×10-5.And when N is 0.36×1018/cm3,the change is-2.0×10-5.     

飞秒激光作用下透明介质材料的反射率演化

利用800 nm抽运和400 nm探针技术,测量了CaF2和MgO的时间分辨反射率,研究了材料的电子激发和弛豫超快动力学过程。采用耦合动力学模型,探讨了飞秒激光对透明介质材料的激发,以及材料的激发对抽运激光在材料中的传输、分布和反射特性的影响。根据这个理论模型计算了时间分辨反射率的演化,计算结果和实验结果相吻合。研究表明,多光子电离(MPI)和碰撞电离(II)在介质材料的导带电子激发中起着重要的作用。     

飞秒激光扫描不同温度下的硅片诱导形成微结构的差别

不同温度下利用钛宝石激光器输出的飞秒激光脉冲(脉宽42fs,中心波长800nm,最大单脉冲能量3.6mJ),通过扫描方式在硅表面诱导产生表面微结构。采用光学显微镜和扫描电镜观察飞秒激光诱导硅表面微结构的形貌,发现不同温度下硅片表面形成的微结构区域和形貌出现明显的差异。根据观测结果,分析比较了不同温度条件下硅材料微结构形成的能量阈值。随着温度升高,形成的微结构区域减小,飞秒激光诱导形成硅表面微结构的能量阈值升高。这对于研究飞秒激光与物质的相互作用有一定的参考价值,也能对将来实现硅表面微结构的制作提供参考。     

飞秒激光在超快过程中的应用研究

认识微观世界的超快过程是为了认识真实世界,超快激光技术是研究会眼快过程的必要条件,本文阐述了近年来飞秒激光在有代表性的超快过程中的应用目的、应用必要性,应用实现方法和结果以及应用进展等。     

Ultrafast Phenomena in Solids Excited by Femtosecond Pulse

The pump-probe technique is an effective instrument for investigating ultrafast dynamics. It is widely used in fundamental research and application fields, such as Physics, Chemistry and Biology. First introduced is the effect process between femtosecond laser and matter. And set forth is the fundamental of ultrafast phenomena and theory foundation of data disposal. Then introduced is the demand of making samples in experiment, experiment equipment, and the theory of strain pulse. We detect transient reflectivity change on surface of GaAs at different delayed time using femtosecond transient reflection spectroscopy. The changing curve consists of three parts： original scattering process of 100 fs, carriers-lattice thermal equilibrium of l. 5 ps and recombination process of 500 los.     

衬底和退火处理对NiFe薄膜瞬时反射率的影响

用磁控溅射法制备Ni_(80)Fe_(20)薄膜,用中温管式炉对NiFe薄膜进行500℃退火处理,用X射线衍射(XRD)仪对退火后的薄膜进行结构分析.运用飞秒激光泵浦-探测技术研究了衬底和退火处理对NiFe薄膜瞬时反射率的影响.实验结果表明:硅片和K9玻璃衬底对20nm厚NiFe薄膜的瞬时反射率曲线影响较小,对40nm和60nm厚NiFe薄膜的瞬时反射率曲线影响较大;经退火处理后的NiFe薄膜的瞬时反射率曲线由小于5ps的时间尺度和大于5ps的时间尺度两部分组成.