不同尺寸银纳米粒子的光学非线性研究

摘要

光学二次谐波的发现，不仅标志着非线性光学这一学科的诞生，同时也促进了非线性光学材料的发展。纳米材料因其具有表面效应，小尺寸效应，久保效应以及宏观量子隧道效应等等独特的性质而为人们所广泛关注。特别是金属纳米材料，它具有其他材料不具备的物理、化学、生物等性质，尤其是非线性光学特性。当金属纳米粒子与入射光相互作用时，会引起金属纳米粒子的表面等离子体共振效应，这种效应所引起的局域电场增强会促使材料自身的光学非线性效应加大，响应速度加快，这正是超快光电器件制备的关键所在，又因为金属纳米粒子的表面等离子体共振吸收峰在可见光范围内，因此受到广泛的研究。在金属纳米粒子中Ag纳米粒子的表面等离子体共振效应在可见光范围内是最强的，这是由于其带间跃迁与表面等离子体共振效应共振峰是相互错开的。据研究，金属纳米粒子的SPR共振吸收峰的数量、位置以及光学非线性效应与金属纳米颗粒尺寸、形貌相关。由此可以通过改变金属纳米颗粒的微观形貌和尺寸，从而实现对金属纳米材料特性的改良。
　　所以我们选择3nm、10nm、30nm、100nm四个尺寸的Ag纳米粒子为研究对象，使用分光光度计测量了它们的紫外可见吸收光谱，发现它们的共振峰分别为406nm、409nm、413nm、449nm。首先，利用开孔Z扫描技术研究了能量对于各尺寸银纳米粒子的非线性吸收特性的影响。实验发现，3nm的银纳米粒子呈现出反饱和吸收特性，而较大尺寸的纳米粒子会随着能量的增加出现由饱和吸收向反饱和吸收转化的过程。其次，利用闭孔Z扫描技术研究能量对于各尺寸银纳米粒子的非线性折射特性的影响。实验发现，小尺寸的样品具有自散焦的效应，随着能量增加，也出现了自聚焦向自散焦转化的过程。最后，利用激光泵浦探测技术研究了银纳米粒子的超快动力学过程，通过理论分析得出了不同尺寸的银纳米粒子的特征弛豫时间。

目录

摘要

第一章 绪论

1．1 非线性光学现象

1．2 金属纳米材料的性质

1．2．1 力学性质

1．2．2 催化性质

1．2．3 电学和热学性质

1．2．4 磁学性质

1．2．5 光学性质

1．3 金属纳米材料光学非线性研究现状

1．4 论文研究的目的和主要内容

第二章 实验系统及测量技术

2．1 飞秒激光技术的现状及其发展前景

2．2 光学非线性测量技术

2．2．1 Z扫描技术

2．2．2 泵浦探测技术

2．3 本章小结

第三章 银纳米粒子的非线性吸收研究

3．1 银纳米粒子的表征

3．2 银纳米粒子的非线性吸收特性

3．2．1 3nm粒子的非线性吸收特性

3．2．2 10nm粒子的非线性吸收特性

3．2．3 30nm粒子的非线性吸收特性

3．2．4 100nm粒子的非线性吸收特性

3．3 银纳米粒子非线性吸收的尺寸效应

3．4 本章小结

第四章 银纳米粒子的非线性折射研究

4．1 3nm粒子的非线性折射特性

4．2 10nm粒子的非线性折射特性

4．3 30nm粒子的非线性折射特性

4．4 100nm粒子的非线性折射特性

4．5 银纳米粒子非线性折射的尺寸效应

4．6 本章小结

第五章 银纳米粒子的超快动力学研究

5．1 双温模型理论

5．2 不同尺寸银纳米粒子的超快动力学研究

5．3 本章小结

总结

参考文献

致谢

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