貴金屬納米顆粒陣列的三階非線性光學(xué)特性研究.pdf

1、21 世紀(jì)以來，隨著信息化社會的發(fā)展，光纖通訊技術(shù)的廣泛應(yīng)用在一定程度上滿足了人們對高傳輸速率、高信噪比的要求。但是，在光纖通訊系統(tǒng)里面常見的光電轉(zhuǎn)換器件會導(dǎo)致響應(yīng)時(shí)間慢、噪聲增大等缺陷，直接制約著光通訊技術(shù)的發(fā)展。
　　 因此，人們試圖直接用光來對光進(jìn)行控制和處理，即“以光控光”。目前，主要是通過較強(qiáng)的控制激光激發(fā)傳輸介質(zhì)中的三階非線性光學(xué)特性，使介質(zhì)的吸收系數(shù)，折射率或偏振等光學(xué)參數(shù)發(fā)生改變，從而實(shí)現(xiàn)對信號光的間接控制。其中

2、，較為主流的干涉型全光開光器件是利用控制激光引起其中一束光的傳輸介質(zhì)的折射率發(fā)生改變，從而改變其中信號光的相位，來實(shí)現(xiàn)全光開關(guān)的目的。這就要求人們找到一種同時(shí)具有高的非線性折射率和較低的非線性吸收系數(shù)的非線性光學(xué)材料。此外，在器件微型化、集成化的發(fā)展趨勢下，對各種微納光源的研究也引起人們廣泛的興趣，其中基于材料非線性特性的光泵浦式納米激光器需要材料具有很高的非線性光學(xué)吸收特性。所以，各種納米微結(jié)構(gòu)的制備及其三階非線性光學(xué)特性，是目前光學(xué)

3、材料領(lǐng)域中的研究熱點(diǎn)之一。
　　 研究材料非線性光學(xué)特性的一個(gè)重要手段就是對光學(xué)材料的三階光學(xué)非線性特性進(jìn)行測試，它不僅可以評估材料非線性光學(xué)特性的強(qiáng)弱和種類，還能揭示不同非線性過程的產(chǎn)生機(jī)理，從而為找到性能優(yōu)異、符合新型微納光器件要求的非線性材料提供重要的實(shí)驗(yàn)依據(jù)。本文對貴金屬納米顆粒陣列以及和ZnO納米線中的三階非線性光學(xué)特性進(jìn)行了系統(tǒng)地研究：
　　 （1）采用脈沖激光沉積技術(shù)結(jié)合納米球蝕刻技術(shù)，在石英基片上制備了一

4、系列不同尺寸的貴金屬（金和銀）納米顆粒陣列，利用掃描電子顯微鏡觀測了納米球掩膜板和貴金屬納米顆粒陣列的表面形貌。其中，納米球掩膜板呈大面積、無缺陷的密排；三角形的貴金屬納米顆粒呈周期性排布。另外，采用氣相傳輸法制備了高質(zhì)量的單晶ZnO納米線。通過掃描電子顯微鏡的觀測，ZnO納米線呈高質(zhì)量的六棱柱結(jié)構(gòu)，并將單根ZnO納米線轉(zhuǎn)移到空白石英基片上。
　　 （2）通過紫外-可見吸收光譜儀在200 nm 到900 nm 波長范圍內(nèi)對貴金屬

5、納米顆粒的線性光吸收特性進(jìn)行了測量，分別觀測到了金、銀納米顆粒的表面等離子體共振吸收峰。研究了尺寸為70 nm的金納米顆粒陣列在不同的激發(fā)光強(qiáng)度下的非線性光學(xué)特性：隨著激發(fā)光強(qiáng)度的增大，其非線性吸收特性由雙光子吸收轉(zhuǎn)變?yōu)轱柡臀?，并且其非線性折射特性由自散焦效應(yīng)轉(zhuǎn)變?yōu)樽跃劢剐?yīng)。
　　 （3）研究了一系列不同尺寸的金納米顆粒陣列的三階非線性光學(xué)特性，討論了納米顆粒的尺寸對其非線性光學(xué)特性的影響：隨著納米顆粒尺寸不斷變大，其非線性

6、吸收特性由雙光子吸收占據(jù)主導(dǎo)變?yōu)轱柡臀?，還觀測到雙光子吸收和飽和吸收效應(yīng)競爭的現(xiàn)象。
　　 （4）研究了尺寸為60 nm的銀納米顆粒陣列在四種不同激發(fā)光波長(400 nm,600 nm，650 nm和800 nm)激發(fā)下的非線性光學(xué)特性：隨著激發(fā)光光強(qiáng)增大，在共振區(qū)域(400 nm)，其非線性吸收特性由飽和吸收轉(zhuǎn)變?yōu)榉达柡臀?；非共振區(qū)域(800nm)，其非線性光學(xué)吸收則由雙光子吸收轉(zhuǎn)變?yōu)轱柡臀?；在共振區(qū)的邊緣(600 nm

7、,650 nm)，發(fā)現(xiàn)即使在很高的激發(fā)光強(qiáng)下，其非線性吸收效應(yīng)也很不明顯。在共振區(qū)的非線性光學(xué)效應(yīng)比非共振區(qū)的有兩個(gè)數(shù)量級的提高。
　　 （5）研究了單根ZnO納米線的三階非線性光學(xué)效應(yīng)對激發(fā)光偏振特性的依賴關(guān)系：其雙光子吸收和非線性折射特性的強(qiáng)度隨著入射光偏振角呈周期為π/2的振動。
　　 還研究了ZnO納米線入射面對其非線性光學(xué)特性的影響。結(jié)果表明，單根ZnO納米線具有良好的非線性光學(xué)各向異性，在具有特定偏振特性的激