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CdSe基纳米片非线性光学性质的研究

方立波  
【摘要】:胶体半导体纳米晶体由于量子限制效应而具有大的光学非线性,并且其非线性光学参数可以通过它们的尺寸,形状和组成方便地调节。因此,半导体纳米晶体材料有望在非线性增益介质,光限幅,全光开关和生物标记等领域中得到应用。到目前为止,大量工作研究了半导体纳米晶体的非线性光学性质,特别是不同形状的II-VI族半导体纳米晶体,例如CdSe量子点、CdSe/ZnS核/壳量子点、CdS纳米柱和CdSe/CdS核/壳纳米柱等。CdSe基纳米片是II-VI族半导体纳米晶体中的新成员,具有大的横向尺寸和小的厚度,且其厚度控制可以达到原子级精度,由于其优异的光电子学性质而引起了极大关注。最近实验发现CdSe纳米片的双光子吸收相比于其量子点和纳米柱高出10倍,这是由其高的二维态密度和超强各向异性所致。然而,CdSe基纳米片的非线性光学吸收特性除了取决于材料的电子跃迁性质外,还和激发条件有关,比如激光波长、脉冲宽度、入射光强等。因此,研究CdSe基纳米片在共振和非共振激发下的非线性光学特性对于其在非线性光电子学中的应用很有必要。本文主要内容可以归纳为以下几个方面:1.通过溶液相法和胶体原子层沉积法制备CdSe基纳米片。CdSe纳米片具有闪锌矿结构,其平均横向尺寸为7 nm×22 nm。CdS单层在CdSe核的侧面采取其晶格参数生长形成无位错的界面。CdS壳层的引入使激子吸收峰值从510 nm红移至584 nm。2.在波长为532 nm皮秒激光激发下,用开孔Z扫描方法探测了CdSe纳米片在非共振激发下的非线性吸收性质。CdSe纳米片表现出强的双光子诱导的自由载流子吸收(有效三光子吸收),导致显著的光限幅效应,限幅阈值约为75 GW/cm~2。3.我们以CdSe纳米片为核,在其侧面覆盖CdS壳层以实现共振吸收。当增大入射激光强度时,发现CdSe/CdS核/壳纳米片的非线性吸收从饱和吸收(SA)向反饱和吸收(RSA)转变。饱和吸收源自基态漂白效应,反饱和吸收的出现源于自由载流子吸收。计算得到单个纳米片有效双光子吸收截面为2.3×10~8 GM,比CdSe量子点的高出几个数量级。


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