论文题目: 基于Z-扫描技术的半导体纳米粒子三阶光学非线性的研究
论文类型: 硕士论文
论文专业: 光学工程
作者: 刘宓
导师: 崔一平
关键词: 扫描,三阶非线性折射,非线性吸收,局域场,表面修饰,半导体纳米粒子
文献来源: 东南大学
发表年度: 2005
论文摘要: Z-扫描技术作为测量材料三阶光学非线性的一种重要方法,具有实验装置简单、灵敏度高等优点。与其他测量方法相比,不仅可以分别测得非线性吸收系数和非线性折射率的大小,而且也可以同时确定二者的符号。在传统地使用Z-扫描技术测量材料的三阶光学非线性时,一般都是在闭孔(S→0)Z-扫描测量的基础上,对样品再进行开孔(S=1)Z-扫描实验,以此将闭孔实验测得曲线中的非线性吸收效应和非线性折射效应分离开来。本文介绍一种通过数值计算的方法从闭孔Z-扫描特征曲线中分离非线性吸收效应并计算出其系数的方法。本文将针对自聚焦饱和吸收介质进行详细讨论,给出该数值计算方法的使用范围。本文还将讨论两个重要的实验参数,透镜焦点到孔径的距离d和光阑半径rA的取值对实验测量灵敏度的影响。详细说明了在满足远场条件下,这两个参数的大小不可随意设置,必须根据实际实验条件进行合理选择,以求尽可能提高Z-扫描的测量灵敏度,以及测量结果的精确度。表面修饰能够增强纳米粒子的三阶非线性光学特性,科学工作者已对产生此现象的原因做出多种分析。但大量的研究都是从量子尺寸效应、介电限域效应以及激子漂白吸收等方面进行解释;用局域场增强理论对此现象的说明几乎都是定性的描述;而现有的局域场增强效应的定量计算可能不适用于研究半导体纳米粒子的三阶光学非线性。本文尝试在准静态近似的条件下,建立半导体纳米粒子表面修饰介质参数(主要是介质的介电常数)与粒子三阶非线性折射系数之间的直接关系式,并利用单光束Z-扫描理论定义了相对局域场增强因子,用以定量解释有表面修饰的半导体纳米粒子三阶光学非线性增强的可能原因。本文进一步使用单光束闭孔Z-扫描技术分别测量了表面修饰谷氨酸分子的Fe2O3纳米粒子和无修饰的Fe2O3纳米粒子的三阶非线性折射系数。实验得到的三阶非线性折射系数增强比值与理论计算得到的相对局域场增强因子十分吻合。
论文目录:
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 引言
1.1.1 非线性光学材料的重要性
1.1.2 半导体纳米材料的重要性
1.2 三阶非线性光学效应简介
1.2.1 非线性光学效应
1.2.2 三阶非线性光学效应
1.3 三阶非线性折射率基本理论
1.3.1 强光引起折射率变化——光致折射率变化
1.3.2 自聚焦效应与自散焦效应
1.3.3 光致折射率变化的物理机制
1.4 三阶非线性折射率的研究与应用
1.5 三阶非线性折射率的测量方法
1.6 研究内容和研究意义
第二章 Z-Scan 技术概述
2.1 Z-Scan 原理
2.2 只考虑非线性折射时Z-scan 理论及计算
2.3 测量非线性吸收的Z-scan 理论及计算
2.4 厚光学非线性介质的Z-Scan 理论
2.5 各种改进的Z-scan 技术
第三章 高斯光束 Z-扫描特征曲线研究
3.1 数值计算法分离非线性吸收效应
3.2 实验系统参数对Z-扫描特征曲线的影响
3.2.1 光阑半径固定时，d 的变化对特征曲线的影响
3.2.2 光阑到透镜焦点间距离固定时，rA的选取对特征曲线的影响
3.2.3 d 与rA比值的大小对特征曲线的影响
3.3 小结
第四章 表面修饰对半导体纳米粒子三阶非线性折射系数的影响
4.1 研究表面修饰对纳米粒子三阶非线性影响的意义
4.2 表面修饰对纳米粒子三阶非线性影响的研究现状
4.3 理论模型
4.3.1 纳米粒子表面电场的计算
4.3.2 相对局域场增强因子
4.4 表面修饰谷氨酸分子的 Fe2O3纳米粒子及其裸粒的三阶光学非线性折射系数的研究
4.4.1 实验
4.4.2 结果与讨论
4.4.3 验证
4.5 本章小结
第五章 总结
参考文献
攻读硕士期间发表的学术论文
致谢
发布时间: 2007-06-11
参考文献
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