半導(dǎo)體材料激發(fā)態(tài)非線性折射動(dòng)力學(xué)研究.pdf

1、半導(dǎo)體材料可用作整流器、光伏電池、紅外探測(cè)器、發(fā)光材料，在全光開關(guān)、激光防護(hù)、光存儲(chǔ)和光學(xué)信息處理等方面都具有廣闊的應(yīng)用前景。對(duì)半導(dǎo)體材料的光學(xué)非線性動(dòng)力學(xué)的研究具有很重要的實(shí)際意義。本論文主要圍繞幾種有機(jī)和無機(jī)半導(dǎo)體材料的激發(fā)態(tài)折射動(dòng)力學(xué)進(jìn)行研究，包括簡(jiǎn)并和非簡(jiǎn)并兩種情況，論文的主要研究?jī)?nèi)容如下：
　　采用簡(jiǎn)并泵浦探測(cè)4f相位成像技術(shù)，研究了有機(jī)半導(dǎo)體C60/甲苯溶液在532nm的激發(fā)態(tài)非線性折射。采用五能級(jí)模型，利用已知的能級(jí)

2、壽命，確定了C60第一單重態(tài)激發(fā)態(tài)和第一三重態(tài)激發(fā)態(tài)的吸收截面以及折射體積的大小和符號(hào)。采用與受激瑞利翼散射相關(guān)的雙光束耦合理論解釋了甲苯溶劑中能量轉(zhuǎn)移的現(xiàn)象。數(shù)值模擬確定了甲苯的克爾折射率和分子取向弛豫時(shí)間。討論了甲苯溶劑中雙光束耦合對(duì)C60/甲苯溶液非線性的貢獻(xiàn)。
　　基于三能級(jí)模型的激發(fā)態(tài)折射理論，結(jié)合泵浦探測(cè)4f相位成像實(shí)驗(yàn)，研究了有機(jī)半導(dǎo)體PbPc(CP)4/DMF溶液在532nm的簡(jiǎn)并單重激發(fā)態(tài)慢恢復(fù)非線性動(dòng)力學(xué)。首先

3、，采用雙4f相位成像技術(shù)，研究了PbPc(CP)4/DMF溶液在500-600nm綠光到紅光波段的三階光學(xué)非線性。定性解釋了非線性吸收系數(shù)和非線性折射率隨波長(zhǎng)指數(shù)增長(zhǎng)的色散關(guān)系。采用一個(gè)簡(jiǎn)化的單重態(tài)三能級(jí)模型來解釋PbPc(CP)4慢恢復(fù)的非線性動(dòng)力學(xué)響應(yīng)，數(shù)值擬合得到了第一單重態(tài)激發(fā)態(tài)的吸收截面和折射系數(shù)。用一個(gè)光強(qiáng)依賴的純克爾效應(yīng)解釋了溶劑DMF的光學(xué)非線性折射。同時(shí)還進(jìn)行了納秒和皮秒的Z-scan對(duì)比實(shí)驗(yàn)來證實(shí)單重態(tài)三能級(jí)模型的正

4、確性。
　　將PO（phase object）泵浦探測(cè)技術(shù)擴(kuò)展到非簡(jiǎn)并領(lǐng)域，研究了ZnO和ZnS單晶中強(qiáng)自由載流子非線性折射。結(jié)合自由載流子的光學(xué)非線性理論，研究了ZnO中快恢復(fù)的自由載流子折射，以及ZnS中純自由載流子折射。結(jié)合非簡(jiǎn)并泵浦探測(cè)理論，通過數(shù)值擬合分別確定了ZnO和ZnS在不同探測(cè)波長(zhǎng)的非簡(jiǎn)并雙光子吸收系數(shù)，自由載流子壽命，自由載流子吸收截面和折射系數(shù)。用一個(gè)快的自由載流子復(fù)合過程解釋了ZnO中由自由載流子吸收和自由

5、載流子折射分別確定的載流子壽命的差別，分析了ZnO和ZnS的自由載流子吸收截面和折射系數(shù)的色散關(guān)系。
　　利用非簡(jiǎn)并PO泵浦探測(cè)技術(shù)研究了ZnSe和CdS單晶中束縛電子和自由載流子非線性折射。結(jié)合束縛電子和自由載流子的光學(xué)非線性理論，研究了ZnSe中束縛電子克爾效應(yīng)和自由載流子折射的競(jìng)爭(zhēng)，分析了CdS中自由載流子折射與強(qiáng)束縛電子克爾效應(yīng)。結(jié)合非簡(jiǎn)并泵浦探測(cè)理論，通過數(shù)值擬合分別確定了ZnSe和CdS在不同探測(cè)波長(zhǎng)的非簡(jiǎn)并雙光子吸收