金屬復(fù)合納米材料及寬帶半導(dǎo)體材料的超快光物理研究.pdf

1、本論文主要分為兩個部分，第一部分研究了磁控濺射制得的以氮化硅為基質(zhì)的含銀金屬納米復(fù)合薄膜及離子交換得到的摻銀，銅復(fù)合玻璃的超快能量弛豫過程和三階非線性光學(xué)性質(zhì)，以及熱處理的影響。采用的是z-scan及飛秒時間分辨的泵浦-探測，光學(xué)克爾效應(yīng)等實驗技術(shù)。第二部分是對氧化鋅晶體及微米管在800 nm附近強的飛秒光脈沖作用下的多光子激發(fā)過程的研究，并對實驗結(jié)果進行了一些相關(guān)的理論模擬。
　　 主要研究內(nèi)容和相應(yīng)創(chuàng)新結(jié)論如下：
　　

2、 1.通過飛秒泵浦-探測及z-scan等實驗技術(shù)，研究了熱處理對由磁控共濺射法制備的Ag：Si3N4納米復(fù)合薄膜的光學(xué)非線性及超快能量弛豫過程的影響。結(jié)果表明，雖然熱處理對材料的三階光學(xué)非線性的值影響不大，但是因為熱處理后材料的吸收降低(800 nm處)，其品質(zhì)因數(shù)相應(yīng)提高。對材料的超快能量弛豫過程的研究表明，熱處理后材料的能量弛豫過程明顯加快。我們認為這主要是退火后銀納米顆粒尺寸明顯增大，導(dǎo)致自由電子振蕩頻率和聲子德拜頻率的重疊加大

3、，進而導(dǎo)致更強的電子-聲子耦合，加速了快過程的弛豫速率。而慢的弛豫過程加速的原因被認為與熱處理后Si3N4基底的相變使得其導(dǎo)熱性能得到提高有關(guān)。
　　 2.利用相關(guān)實驗技術(shù)，研究了離子交換得到的單獨摻銀，單獨摻銅及同時摻銀和銅的復(fù)合玻璃的光學(xué)非線性及超快能量弛豫過程。發(fā)現(xiàn)在單獨摻銀的復(fù)合玻璃中，熱處理不僅能夠明顯增大材料在表面等離子共振(SPR)附近的光學(xué)非線性，還可以加速材料的快能量弛豫過程。其原因在于熱處理不但能夠促進銀納米

4、顆粒的聚集，還有利于玻璃基底中銀離子向銀原子間的轉(zhuǎn)化。在退火后的樣品中可能存在銀納米顆粒內(nèi)部的電子與周圍玻璃基底的聲子間耦合等過程，這有利于材料能量弛豫過程的加速。對摻銅復(fù)合玻璃的時間分辨的結(jié)果分析可以得出，材料激發(fā)后電子布居的改變而造成的復(fù)合材料SPR紅移及展寬是造成不同波長出現(xiàn)光致吸收與漂白轉(zhuǎn)化的根本原因。對同時摻銀和銅的復(fù)合玻璃材料的時間分辨研究表明，玻璃基底中的銅和銀納米顆粒在不同波長處對材料的超快能量弛豫過程起主要貢獻。

5、>　　 3.對氧化鋅單晶及微米管兩種材料在波長為800 nm附近的飛秒強激光激發(fā)下多光子吸收過程的研究結(jié)果表明，即使存在雙光子失諧，在強的飛秒激光激發(fā)下，雙光子吸收而不是三光子吸收在氧化鋅材料的激發(fā)過程中占主要影響。我們認為極強光電場作用下出現(xiàn)的一些非線性效應(yīng)可能會極大地提高氧化鋅的雙光子吸收效率。對雙光子Rabi振蕩參與下的氧化鋅激發(fā)過程的理論模擬結(jié)果表明，在失諧條件下，一定消相過程的存在有利于二能級系統(tǒng)中上能級粒子數(shù)的布居。

6、>　　 總之，本論文通過對熱處理前后兩類金屬復(fù)合納米材料的光學(xué)非線性及超快能量弛豫過程的研究，證明了適當溫度下的熱處理有利于提高該類材料的光學(xué)非線性性能及超快光響應(yīng)。對不同種類氧化鋅材料在飛秒激光強光場作用下的研究結(jié)果表明，多光子過程同樣能有效地激發(fā)氧化鋅這類寬禁帶半導(dǎo)體材料，強光場下出現(xiàn)的一些非線性光學(xué)效應(yīng)可能在材料的激發(fā)過程中占有重要的影響。本論文的研究結(jié)果有助于人們加深對金屬納米復(fù)合材料體系光物理特性的認識。有關(guān)氧化鋅材料的多光