BNT鐵電薄膜的飛秒三階非線性光學(xué)性能研究.pdf

1、非線性光學(xué)材料因其在信號(hào)處理、超快光通信、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、光限幅器件、邏輯器件、光開關(guān)、圖像傳輸和微加工等領(lǐng)域的應(yīng)用而受到廣泛的關(guān)注。目前，非線性光學(xué)材料的研究進(jìn)展很大程度上取決于新的具有強(qiáng)非線性光學(xué)效應(yīng)材料的發(fā)現(xiàn)以及對(duì)非線性光學(xué)性能的改進(jìn)。鐵電薄膜具有高的透過率、快的響應(yīng)速度和大的非線性光學(xué)系數(shù)，是一類優(yōu)異的非線性光學(xué)材料，有望在未來應(yīng)用于光子器件。本文利用單光束Z掃描方法測(cè)試了Bi3.15Nd0.85Ti3O12(BNT)鐵電薄膜在飛秒激

2、光作用下的超快三階非線性光學(xué)性能，并對(duì)其非線性光吸收特性進(jìn)行了調(diào)控，主要的研究工作和結(jié)果如下：
　　1.飛秒激光單光束Z掃描測(cè)試系統(tǒng)的搭建
　　為了研究BNT鐵電薄膜的非線性光學(xué)性能，我們基于波長(zhǎng)800 nm、脈寬300 fs的鈦寶石飛秒激光系統(tǒng)搭建了單光束Z掃描測(cè)試系統(tǒng)，并通過CS2標(biāo)準(zhǔn)樣品和石英襯底的測(cè)試檢驗(yàn)了系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。
　　2. BNT薄膜的超快三階非線性光學(xué)性能研究
　　首先，采用溶膠-凝膠方

3、法在石英襯底上制備了BNT薄膜，表征了其晶體結(jié)構(gòu)和線性光學(xué)性能。結(jié)果顯示，所制備的BNT薄膜呈a-軸擇優(yōu)取向生長(zhǎng)，具有高的光學(xué)透過率和大的禁帶寬度。然后，利用上述搭建的單光束 Z掃描系統(tǒng)測(cè)試了BNT薄膜的非線性光吸收和光折射特性，發(fā)現(xiàn)BNT薄膜在飛秒激光作用下具有大的三階非線性光學(xué)系數(shù)，其雙光子吸收系數(shù)為1.15×102 cm/GW，三階非線性折射率為-8.15×10-3 cm2/GW。分析認(rèn)為，BNT薄膜的超快雙光子吸收效應(yīng)是一個(gè)間接

4、的電子躍遷過程，其大的非線性光折射系數(shù)可能是電子極化和鐵電極化共同作用的結(jié)果。
　　3. BNT薄膜的三階非線性光吸收特性的調(diào)控研究
　　首先，采用脈沖激光沉積法在石英襯底上制備了不同厚度(106.8 nm，139.7 nm和312.9 nm)的BNT薄膜，表征了其晶體結(jié)構(gòu)和線性光學(xué)性能。結(jié)果顯示，所制備的BNT薄膜呈c-軸擇優(yōu)取向生長(zhǎng)；隨著薄膜厚度的增加，禁帶寬度從4.02 eV減小到3.68 eV。然后，通過開孔Z掃描測(cè)