氧化锌材料的单双光子激射特性研究

摘要

本文采用320纳米和640纳米的飞秒激光激发，研究了氧化锌纳米针、微米棒材料的单双光子光学过程，着重分析了氧化锌材料中单双光子吸收激发半导体载流子，由此产生的荧光以及激光发射现象；并通过时间分辨光谱学的方法测试单双光子激发下的荧光和激射的瞬态行为，分析了纳米针，微米棒因为维度尺寸结构而导致单双光子荧光以及激射产生机理的差异，对氧化锌微纳尺度发光器件的制备有一定的指导意义。本文的主要内容和结果如下： 1.在320纳米和640纳米的飞秒激光激发纳米针、微米棒两种结构样品，获得了其积分发射强度与泵浦强度之间的关系，发射峰随着激发光的增强产生一定的红移，我们将此现象归结为三个不同的物理过程：自由激子的自发发射，激子-激子散射引起的受激发射和电子．空穴等离子体的受激发射。激发光强变化的时间分辨光谱数据让我们证实了存在三个过程和激射产生，激射红移主要归结于电子．空穴等离子体引起的带隙重整化。通过对比发现，由于纳米针反射面的质量，缺陷密度，维度尺寸等原因，导致了纳米针与微米棒在受激激射阶段发光效率的不同。 2.通过激射中的窄光谱宽度分析认为，氧化锌纳米针、微米棒的双光子受激激射行为不仅与激子-激子散射，电子．空穴等离子体效应有关；由于我们的样品是多根微纳材料的集体聚集，因此还与氧化锌纳米针界面多重散射构成的随机闭合回路腔与微米棒本身几何形貌形成的Fabry—Perot腔腔体效应有关。 3.在320纳米的飞秒激光激发下，时问分辨光谱显示，纳米针，微米棒的自发辐射寿命分别为36ps、47ps，在激子-激子散射和电子-空穴等离子体引起的受激辐射的复合寿命分别为4～5ps和2ps。由于在不同激发功率下在上能级建立粒子数反转的机理不同，激子-激子受激辐射建立所需要的时问比电子空穴等离子体受激激射建立的时间要长。由于维度尺寸的差异，首次观察到纳米针中激子-激子受激辐射的建立时间比自由激子自发辐射的建立时间要快，在微米棒中则是激子-激子受激辐射的建立时间比自由激子自发辐射的建立时间要慢。在640纳米的飞秒激光激发下，也观察到了相类似于在320纳米的飞秒激光激发下的瞬态行为。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1. 1引言

1.2氧化锌材料的基本性质

1.3氧化锌材料的主要应用

1.4本文研究内容与目的意义

参考文献

第二章氧化锌材料的光致发光原理和超快速激光光谱学研究方法

2.1氧化锌材料的荧光性质

2.2超快激光光谱学研究方法

参考文献

第三章氧化锌单光子激光与时间分辨研究

3.1氧化锌激光研究现状

3.2 ZnO纳米针、微米棒形貌与光谱学实验方法

3.3实验结果和讨论

3.4本章小结

参考文献

第四章氧化锌双光子激光与时间分辨研究

4.1氧化锌非线性光学研究与双光子吸收荧光

4.2 ZnO纳米针、微米棒形貌与光谱学实验方法

4.3双光子激光的实验结果与讨论

4.4本章小结

参考文献

第五章全文总结

附录一：攻读硕士学位期间完成的论文

附录二：致谢