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PbS量子点玻璃的三阶光学非线性效应的实验研究

作　者: 程晓东
导　师: 郑植仁
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 凝聚态物理
关键词: PbS量子点玻璃 飞秒激光 Z-扫描技术 饱和吸收 自散焦
分类号: O437.5
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
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内容摘要


量子点材料具有的量子限域效应、表面效应和介电限域效应使它们呈现出许多新奇的特性,在光开关、光通讯中的频率转换等领域非常广阔的应用前景。近些年来,纳米材料,特别是半导体量子点的制备及其光学性质的实验研究已经成为多学科交叉研究的热点。开辟制备半导体量子点掺杂玻璃的新途径,探索材料的光学非线性效应,弄清三阶光学非线性效应的产生机理,对相应的基础研究以及实际应用都有非常重要的科学意义。在论文工作期间,选择非常重要的硫化铅材料,采用溶胶-凝胶法,将不同浓度的硫化铅掺杂在Na2O-B2O3-SiO2玻璃中制备出PbS量子点玻璃材料,分析了它的三阶光学非线性效应及其物理机制。本论文的第一部分介绍了量子点材料的光学性质以及研究现状。第二部分介绍了三阶光学非线性效应研究的概况和飞秒Z-扫描实验的装置及其基本原理。第三部分介绍了硫化铅（PbS）掺杂玻璃的量子点玻璃材料的制备方法。通过紫外-可见以及近红外吸收实验,分别得到了该材料的紫外-可见和近红外吸收光谱,发现吸收带边的位置处在1400nm附近,由于量子效应的影响,与体材料相比,吸收带边发生了明显的蓝移。并对该材料进行了吸收系数和粒径大小的表征。最后一章使用自己搭建的飞秒激光Z-扫描实验装置测量了硫化铅量子点材料的非线性折射率和非线性吸收系数。闭孔Z-扫描实验表明三种不同掺杂浓度的样品均具有较强的自散焦效应,由开孔Z-扫描实验可知,样品均具有较强的饱和吸收效应。实验中使用的飞秒激光的波长是800nm,处在材料的吸收带左边,所以测量到的是该材料共振区的三阶光学非线性效应。通过计算,得到了不同掺杂浓度下的PbS量子点玻璃的三阶非线性折射率和非线性吸收系数。最后分析了实验结果,讨论了三阶非线性效应的产生机制。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-8
第1章 绪论  8-16
  1.1 课题背景  8
  1.2 半导体量子点材料简介  8-13
    1.2.1 纳米材料的基本特征  9-11
    1.2.2 半导体量子点材料的光学性质  11-13
  1.3 半导体量子点材料光学非线性效应研究的进展  13-14
  1.4 本论文的研究目的与意义  14
  1.5 本论文研究的主要内容  14-16
第2章 三阶光学非线性效应与Z-扫描技术介绍  16-29
  2.1 三阶光学非线性效应  16-17
    2.1.1 三阶光学非线性极化率  16-17
  2.2 几种三阶光学非线性效应  17-18
    2.2.1 饱和吸收与反饱和吸收效应  17-18
    2.2.2 自散焦（或自聚焦）效应  18
  2.3 其它的三阶光学非线性效应  18-19
  2.4 Z-扫描技术  19-27
    2.4.1 闭孔Z-扫描技术  19-24
    2.4.2 开孔Z-扫描技术  24-27
  2.5 Z-扫描的修正  27-28
  2.6 本章小结  28-29
第3章 PbS量子点材料的制备与表征  29-38
  3.1 量子点的制备  29-32
    3.1.1 量子点的制备方法简介  29
    3.1.2 凝聚相合成的制备方法  29-30
    3.1.3 金属硫族化合物量子点材料制备方法的进展  30-32
  3.2 PbS量子点样品的制备  32-33
    3.2.1 溶胶的制备  32-33
    3.2.2 掺杂PbS的浓度对样品透明度的影响  33
  3.3 PbS量子点的吸收谱分析  33-37
  3.4 本章小结  37-38
第4章 PbS量子点三阶光学非线性效应实验研究  38-57
  4.1 Z-扫描光路的校验  38-41
  4.2 PbS量子点的Z-扫描实验及结果分析  41-49
    4.2.1 自散焦效应和饱和吸收效应  41-46
    4.2.2 三阶光学非线性折射率和吸收系数  46-49
  4.3 PbS量子点的三阶光学非线性效应的物理机制  49-54
    4.3.1 三阶光学非线性折射的物理机制  49-52
    4.3.2 三阶光学非线性吸收的物理机制  52-54
  4.4 PbS量子点的三阶光学非线性效应的应用  54-55
  4.5 展望  55-56
  4.6 本章小结  56-57
结论  57-58
参考文献  58-63
致谢  63

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中图分类: > 数理科学和化学 > 物理学 > 光学 > 非线性光学（强光与物质的作用） > 光自聚焦
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