鉍層鐵電陶瓷薄膜的三階非線性光學(xué)特性研究.pdf

1、網(wǎng)絡(luò)信息化的飛速發(fā)展對(duì)信息處理和信息傳輸?shù)募夹g(shù)提出了更高的要求。具有優(yōu)良光電特性的集成光電子功能器件是信息化飛速發(fā)展的基礎(chǔ)。非線性光學(xué)材料在光波頻率變化、激光調(diào)Q、光限幅、光波導(dǎo)以及光開關(guān)等光電子功能器件中具有重要的應(yīng)用價(jià)值。例如一般的光開關(guān)需要材料具有較大的三階非線性折射系數(shù)和較小的線性和非線性吸收系數(shù)；激光調(diào)Q器件要求材料具有較大的非線性光學(xué)系數(shù)。另外器件微型化和集成化的發(fā)展趨勢(shì)對(duì)制備高質(zhì)量的薄膜材料提出了更高的要求。因此，近一段時(shí)

2、間來，開發(fā)具有優(yōu)良三階非線性光學(xué)特性的薄膜材料成了科研工作者的研究熱點(diǎn)之一，并取得了豐碩的成果。目前為止，對(duì)三階非線性光學(xué)材料的研究主要集中在有機(jī)材料、無機(jī)半導(dǎo)體、金屬氧化物類、金屬有機(jī)配合物以及鐵電材料等。
　　 鐵電材料兼具非線性光學(xué)特性和鐵電特性，能滿足器件多功能化的要求。同時(shí)，與鐵電材料相關(guān)的非線性光學(xué)理論比較成熟，有望盡快開發(fā)出具有優(yōu)良光電特性的功能器件。因此，鐵電材料的非線性光學(xué)特性研究受到了極大的關(guān)注。通常用的鐵電

3、壓電材料由于多含鉛，在制備和使用過程中會(huì)給環(huán)境和人類健康帶來損害，因此不能滿足可持續(xù)發(fā)展的要求。鉍層鐵電薄膜具有無污染、抗疲勞和介電特性好等一系列優(yōu)點(diǎn)，因此成為替代傳統(tǒng)鐵電材料的明星材料。但是，鉍層鐵電氧化物材料在制備過程中，鉍原子易揮發(fā)造成晶體結(jié)構(gòu)中原子空位的產(chǎn)生，不易制備成致密的陶瓷薄膜，從而影響薄膜的介電、抗疲勞和光學(xué)等物理特性。因此，改進(jìn)鉍層陶瓷薄膜的制備工藝和研究其非線性特性成為鐵電陶瓷薄膜材料的熱點(diǎn)之一。
　　 本文

4、在鉍層鐵電陶瓷薄膜的制備和其非線性光學(xué)特性研究方面主要開展了以下研究工作，取得了一些創(chuàng)新性成果，并在國(guó)外重要刊物上發(fā)表了相關(guān)的學(xué)術(shù)論文。
　　 1、采用脈沖激光沉積技術(shù)(PLD)分別在石英襯底上制備出結(jié)晶質(zhì)量良好的Bi1.5Zn1.0Nb1.5O7(BZN)薄膜和Bi0.95La0.05NbO4(BLN)薄膜，探索出了二者的最優(yōu)化工藝參數(shù)。利用X射線衍射儀和原子力顯微鏡對(duì)其晶體結(jié)構(gòu)、表面形貌和表面粗糙度等進(jìn)行了表征，同時(shí)還利用紫

5、外-可見-近紅外分光光度計(jì)獲得了其透射光譜并計(jì)算出了相關(guān)光學(xué)常數(shù)。
　　 2、利用Z-掃描技術(shù)，首次研究了BZN鐵電薄膜在1064nm激光波長(zhǎng)下的三階非線性光學(xué)性質(zhì)，得到了新的結(jié)果和發(fā)現(xiàn)了其在光器件應(yīng)用上具有重要的價(jià)值。
　　 實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)BZN在非共振區(qū)用1064nm38ps激光脈沖照射下，表現(xiàn)出自散焦性質(zhì)，并且在大于飽和光強(qiáng)的激發(fā)下出現(xiàn)了飽和吸收。利用Z-掃描理論和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，得到了BZN薄膜的三階非線性折射系數(shù)γ=1.4

6、5×10-9m/W和非線性吸收系數(shù)β=4.06×10-15m2/W。同時(shí)還計(jì)算出三階非線性極化率x(3)的實(shí)部和虛部分別為6.03×10-9esu和1.82×10-10esu。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明BZN鐵電薄膜在1064nm處具有優(yōu)良的非線性光學(xué)特性，在光電子器件中具有潛在的應(yīng)用價(jià)值。這部分工作發(fā)表在PhysicaStatusSolidiA刊物上。
　　 3、采用La2O3摻雜BiNbO4的技術(shù)制備了具有良好結(jié)晶特性的BLN薄膜，并首次

7、研究了其三階非線性光學(xué)性質(zhì)。研究發(fā)現(xiàn)BLN薄膜具有優(yōu)秀的非線性光學(xué)特性，在多功能集成光電器件中具有潛在的價(jià)值。
　　 實(shí)驗(yàn)表明，La3+摻雜可以提高BiNbO4陶瓷薄膜的致密度，并且改進(jìn)過的BLN顯現(xiàn)出了良好的非線性光學(xué)特性。在非共振區(qū)用1064nm38ps激光脈沖照射下，BLN表現(xiàn)出自散焦性質(zhì)，并且存在三光子吸收現(xiàn)象。利用Z-掃描閉孔測(cè)試技術(shù)，我們得到了BLN薄膜的三階非線性折射系數(shù)γ=4.34×10-15m2/W和非線性吸收