Si／SiNx超晶格材料的非线性光学特性

采用射频磁控反应溅射技术与热退火处理制备了Si/SiNx超晶格材料。利用吸收光谱和X射线衍射对材料进行表征。通过皮秒脉冲激光单光束Z-扫描技术研究了该材料在非共振吸收区的三阶非线性光学特性,实验结果表明,样品的非线性折射率为负值,非线性吸收属于双光子吸收。由实验数据得到材料的三阶非线性极化率实部和虚部分别为1.27×10-7,1.51×10-8esu,该值比体硅材料的三阶非线性极化率值大5个数量级。对材料光学非线性产生的机理进行了探讨,认为材料的非线性极化率的增加来源于材料量子限制效应的增强。     

硅—二氧化硅超晶格：探索硅基发光材料的一条新途径

理论上认为，由于Ｓｉ／ＳｉＯ２超晶格中硅层（阱层）的电子和空穴都受到极强的量子限制效应，硅层能带有可能从体硅的间接带隙转变为直接带隙，从而发光效率大大提高．实验上，在非晶Ｓｉ／ＳｉＯ２超晶格中观察到在可见光波段的室温光致发光和明显的量子限制效应现象．晶体Ｓｉ／ＳｉＯ２超晶格研究也取得了初步的结果．     

CdSe量子点的线性和非线性光学特性

主要从实验和理论两个方面,探讨了强受限尺寸区域内不同尺寸对CdSe量子点线性和非线性光学性质的影响.用吸收光谱研究了量子点尺寸与吸收峰之间的关系,用皮秒Z扫描技术研究了共振和非共振情况下(激发光波长分别为532和1064nm),尺寸与三阶非线性极化率之间的关系.基于电子能量状态理论和局域场增强理论对量子点进行分析,得到了CdSe不同尺寸的三阶非线性效应,研究了尺寸对量子点非线性光学性质的影响.结果表明,由激发态粒子数布局改变和纳米颗粒增大引起的非线性共振增强效应相当,二者共同作用使得三阶极化率增强20倍左右,且用532nm的共振频率激发4.3nm CdSe量子点时,χ⁽³⁾具有最大值2.0×10^-11esu. 关键词： CdSe量子点 三阶非线性 Z扫描')" href="#">Z扫描 量子限域效应     

非晶Si/SiO2超晶格结构的交流电致发光

设计并用磁控溅射方法制备了非晶Ｓｉ／ＳｉＯ２超晶格结构,以高纯多晶Ｓｉ为靶材,当以Ａｒ＋Ｏ２为溅射气氛时,得到ＳｉＯ２膜,仅以Ａｒ为气氛时,得到Ｓｉ膜。重复地开和关Ｏ２气,便交替地得到ＳｉＯ２和Ｓｉ膜。衬底在靶前往返平移,改变平移的速度或者改变溅射的功率,可以控制膜的厚度。通过透民镜的照片可以看出ＳｉＯ２和Ｓｉ膜具有均匀的周期结构,用低角Ｘ－射线反射谱表征了超晶格的周期结构和各层的厚度。透射光谱表     

微米超晶格的概念、效应和应用

通过固体微结构的调制，使晶体材料的物性常数得到调制，若调制波长为微米数量级，可与光波、超声波波长比拟，将会出现一系列新颖的非线性光学、光学、声学效应，并在光电子学和声电子学中得到应用。我们将这类人工微结构材料称之为微米超晶格或光学超晶格和声学超晶格，“微米超晶格”概念是“聚片多畴”概念的发展。本将评述本实验室在冯端教授指导下在关于微米超晶格理论与实验方面所完成的系统的工作。     

nc-Ge/SiN_x多层膜材料的可调控非线性光学特性

采用等离子体增强化学气相沉积和后退火的方法制备了纳米锗/氮化硅(nc-Ge/SiN_x)多层薄膜。借助Raman光谱仪对其微结构进行表征,测得样品的晶化率大于46%。由样品的光吸收谱可知,nc-Ge的尺寸越小,其光学带隙越大。利用Z扫描技术对样品的非线性光学特性进行研究,以波长为1 064 nm、脉宽为25 ps的锁模激光作为激发光,测得样品的非线性折射率系数在10~(-10)cm~2/W数量级。实验结果表明,通过改变nc-Ge的尺寸可以使材料的非线性光学折射率由自散焦转变为自聚焦特性,而负的非线性折射率系数可归因于两步吸收产生的自由载流子散射效应。当激发光强增大时,在锗层厚度为6 nm的多层膜中同时存在两步吸收过程和饱和吸收过程。两种非线性光学吸收过程之间的竞争是样品呈现不同非线性光学特性的主要原因。     

硒化铅量子点聚乙烯醇薄膜的三阶非线性光学特性

通过湿化学方法制备了具有三阶非线性光学性质的硒化铅/聚乙烯醇复合物薄膜.采用透射电镜和扫描电镜对硒化铅量子点的尺寸和薄膜的形貌进行表征.运用Z扫描方法,研究了薄膜在波长为532nm,脉冲宽度为38ps条件下的三阶非线性光学性质.实验结果表明:合成的硒化铅量子点尺寸在10nm左右,属于强量子受限,制备的薄膜表面粗糙度比较好;薄膜在皮秒脉冲激光作用下呈现负的非线性折射效应和反饱和吸收性质,其三阶非线性极化率χ(3)为3.6×10-11 esu.     

基于准周期光学超晶格的高效电光调制差频转换

为获得尽可能大的差频转换效率,基于准周期极化铌酸锂(QPPLN)光学超晶格,提出了级联电光和差频理论,用于高效的差频转换。其方法是沿QPPLN光学超晶格的y方向施加一个外加电场,用来控制能量在抽运光、信号光、o偏振的差频光和e偏振的差频光四个光波之间的转移。计算结果表明,在一个100℃,40mm长的QPPLN光学超晶格中,当1550nm信号光与1064nm抽运光光强比值r<0.324时,对光强超过特定值的任意抽运光都可以通过施加一个适当的外加电场将抽运光完全转化为1550nm信号光和3393.4nm差频光;当r≥0.324,只当抽运光光强落在一定范围内时,才可以通过施加外加电场使抽运光完全转化为信号光和差频光;超过该范围,外加电场不能增加差频光转换效率。计算结果还表明,电光调制差频转换效率对温度和畴构造误差都不敏感。     

具有超晶格应力调制结构的绿光InGaN/GaN多量子阱的发光特性

研究了具有InGaN/GaN超晶格(SL)插入结构的绿光InGaN/GaN多量子阱(MQW)的发光特性。结构测试表明,SL插入结构并没有引起MQW中平均In组份的增加,而是改变了In组份的分布,形成了高In组份的量子点和低In组份量子阱。其电致发光(EL)谱和光致发光(PL)谱均出现了双发光峰。我们认为这两个 峰分别来自于量子点和量子阱,且存在着载流子从阱向点转移的输运机制。最后变温PL积分强度的Arrhenius 拟合表明,SL插入结构并没有在MQW中引入新的缺陷,使其发光效率下降。     

一种新型金属配合物的非线性光学特性的研究

利用单光束Z扫描技术,在波长532nm、脉宽8ns的条件下研究了新型的金属有机配合物ECuCl2（BOEP）2]的三阶非线性光学性质。由实验结果发现配位化合物虽然没有明显的非线性吸收性质,但是其三阶非线性折射率比相应配体大很多。探讨了配合物的结构和其三阶非线性光学性质的关系,认为配位化合物的丌共轭离域体系的增大和金属中心离子与配体之间的电子转移是配合物具有更大非线性折射率的主要原因。选择具有π键的配体与金属离子合成为配合物,使其非线性效应明显增强,这对合成性能更好的非线性材料有一定的参考价值。     

咔唑-苯并噻唑类衍生物薄膜的线性及非线性光学性质

以咔唑为电子供体,苯并噻唑为电子受体,合成了两种新型咔唑-苯并噻唑衍生物3-(2-苯并噻唑-2-基乙烯基)-N-乙基咔唑和3,6-二(2-苯并噻唑-2-基乙烯基)-N-乙基咔唑,通过核磁共振和分光光度计对其结构进行表征.利用刮刀法制备质量分数为4％的衍生物/聚酰亚胺的复合薄膜.采用透射光谱法和单光束Z-扫描技术分别测试了衍生物的线性和三阶非线性光学特性.Z扫描实验结果表明3-(2-苯并噻唑-2-基乙烯基)-N-乙基咔唑薄膜的非线性吸收系数和非线性折射系数分别为β1=-2.118 9×10-10 cm/W、r1=2.285 2×10-14 cm2/W,具有反饱和吸收特性和自聚焦效应;同时3,6-二(2-苯并噻唑-2-基乙烯基)-N-乙基咔唑薄膜的非线性吸收系数与非线性折射系数分别为β2=-1.275 6×10-9 cm/W、r2=-7.039 9×10-14 cm2/W,具有反饱和吸收特性和自散焦效应.     

ZnS/CdSe量子点中线性和三阶非线性光吸收系数研究

在有效质量近似下,利用量子力学的密度矩阵理论,采用无限深势阱模型,从理论上研究了ZnS/CdSe柱型核壳结构量子点中线性和三阶非线性光吸收系数。导出了柱型量子点中线性和三阶非线性光学吸收系数的解析表达式,分析了该系统在不同条件下线性和三阶非线性光吸收系数与入射光频率之间的关系。改变系统的参数,该系统的光吸收系数呈规律性变化。计算结果表明:弛豫时间τ、入射光强I和壳半径R2对系统的吸收系数α有很大的影响,从而为实验上研究核壳结构量子点的非线性光学效应提供了必要的理论依据。     

两种聚对苯乙炔类衍生物的线性与非线性光学性质

采用吸收光谱、荧光光谱和皮秒Z-扫描等实验方法研究了侧链长度的不同对聚[2-甲氧基-5-(2′-乙基-己氧基)]对苯乙炔(MEH-PPV)和聚(2,5-二辛氧基)对苯乙炔(DO-PPV)两种聚对苯乙炔(PPV)衍生物光学性质的影响,并用π-电子共轭结构理论和共振、非共振增强理论进行了分析。结果表明,侧链较长的MEH-PPV的吸收峰和荧光发射峰比DO-PPV相应的吸收和荧光峰均有所红移;侧链结构及共振增强使得MEH-PPV的三阶非线性极化率比DO-PPV增强了近两个量级,并在532 nm激发时,χ(3)具有最大值9.30×10-10esu。     

星型低聚物线性和非线性光学性质

利用稳态吸收和发射光谱、瞬态吸收光谱、双光子荧光和z扫描技术,系统地研究了一系列星型芴乙烯撑三聚茚低聚物(Tr-OFV_n,n=1～4)的光物理性质. 结果显示,芴乙烯撑单元的增加会导致吸收光谱和荧光谱的带边发生红移,同时也缩短了激发态物种的寿命. 伴随着π共轭长度的增加,三聚茚低聚物的双光子荧光效率和双光子吸收截面也逐渐增强. 基于态求和方法数值模拟了材料的双光子吸收截面,同实验值吻合较好.     

锌酞菁配合物的线性与非线性光学性质研究

利用UV-Vis吸收光谱、荧光光谱及开孔Z扫描技术对五种锌酞菁配合物的DMF溶液进行了线性与非线性光学性质的表征;并以无取代锌酞菁为例,研究了酞菁溶液线性与非线性光学性能的浓度效应。结果表明五种酞菁均具有显著的荧光和非线性光学效应,其非线性吸收系数在10-9 cm·W-1数量级范围。且随酞菁浓度的改变,其荧光和非线性吸收明显改变,表现出强烈的浓度效应。     

Linear and Nonlinear Optical Properties in Spherical Quantum Dots

We calculate the energy eigenvalues and the sate functions of one-electron Quantum Dot （QD） by using a combination of Quantum Genetic Algorithm （QGA） and Hartre-Fock-Roothaan （HFR） method. The linear and the third-order nonlinear optical absorption coefficients for the 1s-1p, 1p-1d, and 1d-1f transitions are examined as a function of the incident photon energy for three different values of the stoichiometric ratio. The results show that the stoichiometric ratio, impurity, relaxation time, and dot size have great influence on the optical absorption coefficients of QDs.     

Nonlinear Quantum Optical Springs and Their Nonclassical Properties

The original idea of quantum optical spring arises from the requirement of quantization of the frequencyof oscillations in the Hamiltonian of harmonic oscillator. This purpose is achieved by consideringa spring whose constant (and so its frequency) depends on the quantum states of another system.
Recently, it is realized that by the assumption of frequencymodulation ofω toω(1+μa^\dagger a)^1/2the mentioned idea can be established.
In the present paper, we generalize the approach of quantum optical springwith particular attention to thedependence of frequency to the intensity of radiation fieldthatnaturally observes in thenonlinear coherent states}, from which we arrive ata physical system has been called by us as nonlinear quantum optical spring.Then, after the introduction of the generalized Hamiltonian of nonlinear quantum optical spring and it's solution,we will investigate the nonclassical properties of the obtained states. Specially, typical collapse and revivalin the distribution functions and squeezing parameters, as particular quantum features, will berevealed.