脉冲宽度对氧化锌纳米材料非线性光学特性的影响研究

摘要

激光技术的不断发展，使得脉冲激光器的应用越来越广。超短脉冲宽度具有高峰值强度和较高的时间分辨能力，因此被应用在很多材料的非线性光学性质的研究中，纳米材料的非线性光学特性研究具有巨大的应用价值。近年，随着半导体材料的发展，ZnO已经成为半导体材料研究领域的热点材料，其禁带宽度可达3.36 eV，激光束能为60meV，其晶体的结构为六方纤锌矿结构，是6mm点群，其晶格常数为:a=0.325nm，c=0.521nm。ZnO的晶体结构使得ZnO纳米材料具有很强的表面效应，其电导率、透过率高，传输可靠，因此可应用在短波长的发光器件、透明导电极以及压电传感器等领域中，并受到极大的关注。
　　基于此，利用超短脉冲激光对ZnO纳米粒子和ZnO晶体材料的非线性特性进行深入研究，对实验结果进行分析总结。论文首先对近年来国内外关于ZnO纳米光学非线性的研究方法和成果进行分析，详细介绍了ZnO单晶结构特点，超短脉冲激光和Z-扫描技术进行相关理论分析。然后，根据ZnO纳米的非线性光吸收和折射模型，在纳秒和皮秒脉冲激光激发下，测量氧化锌纳米材料的非线性吸收及非线性折射系数，对ZnO纳米粒子和晶体的非线性光吸收和反射特性进行比较分析，给出ZnO纳米材料的非线性光学特性。最后，对本文的研究工作进行总结和下一步工作的展望。

目录

摘要

第1章 绪论

1．1 非线性光学的发展

1．1．1 非线性光学简介

1．1．2 非线性光学材料及应用

1．2 ZnO能带结构特点

1．2．1 ZnO结构和特性

1．2．2 ZnO纳米材料特性

1．3 ZnO纳米材料的非线性光学特性研究概述

1．4 本论文研究的目的和意义

1．5 本论文主要研究的内容

1．6 本章小结

第2章 Z-Scan技术

2．1 Z-扫描实验技术简介

2．1．1 自聚焦或自散焦

2．1．2 反饱和吸收

2．1．3 双光子吸收

2．2 Z扫描方法的基本原理

2．2．1 闭孔非线性折射Z-scan

2．2．2 开孔非线性吸收Z-scan

2．3 Z-scan技术的研究现状

2．4 本章小结

第3章 ZnO纳米粒子的光学非线性特性研究

3．1 实验装置

3．2 纳秒激光脉冲作用下ZnO纳米粒子的非线性吸收和非线性折射

3．2．1 非线性吸收测量

3．2．2 非线性折射测量

3．3 皮秒激光脉冲作用下ZnO纳米粒子的非线性吸收和折射

3．3．1 非线性吸收测量

3．3．2 非线性折射测量

3．4 本章小结

第4章 ZnO晶体材料的光学非线性特性研究

4．1 纳秒激光脉冲作用下ZnO晶体材料的非线性吸收和折射

4．1．1 非线性吸收测量

4．1．2 非线性折射测量

4．2 皮秒激光脉冲作用下ZnO晶体材料的非线性吸收和折射

4．2．1 非线性吸收测量

4．2．2 非线性折射测量

4．3 纳米粒子和晶体材料的性能分析

4．4 本章小结

结论

致谢

参考文献

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