水溶性CdTe_Mn量子点的双光子吸收_刘丽炜

1、卷第期第年月强激光与粒子束，（）文章编号：水溶性量子点的双光子吸收刘丽炜，李钰，胡思怡，陶海岩，陈桂波，谭欣，张喜和（）长春理工大学理学院，长春、：脉宽重复频率、的放大飞秒激光器作为激发光摘要：采用激发波长：源，利用开孔扫描技术研究了不同粒径的同一生量子点的非线性吸收性质。理论计算结果表明，：其双光子吸收系数随量子点尺寸的减小长时间量子点的双光子吸收系数是量子点的倍，：这是由于掺杂了减小了表面缺陷浓度，表明而增大，量子点非线性吸收属于反饱和吸收，元素，掺杂量子点具有很好的双光子吸收现象。关键词：量子点；扫描；双光子吸收；吸收光谱；量子尺寸：文献标志码：中图分类号：受激光激发后可以发射荧光，当其

2、尺寸接近波耳半径时，其非线性光学性，量子点的粒径一般为。量子点材料具有激发光谱窄、。激发波长连续分布、光化学稳定性好等特征质会表现出许多新的特性近年来，半导体量子点的非线性光学特性已引起人们的关注，对其非线性的研究在不断深入。等人分别计算了发现和量子点的双光子吸收截面和三光子吸收截面，量子点双光子吸。基于量子效应，收截面和三光子吸收截面都比倍和倍量子点在太阳能电池、块体材料增大发光器件、光学生物标记等领域具有很大的应用前景，因此深入探讨量子点的非线性光学特性具有重要意。目前，：义对发光机制、光学特性等方面的报道很多，但对非线性研究报道量子点在合成步骤、。本文理论与实验相结合，：相对较少阐述了测

3、试了量子点制备过程，量子点的吸收、：发射光谱及射线衍射图，研究了对其光学量子点在飞秒激光激励下的双光子吸收现象，通过实验测得数据及理论计算，获得了种不同粒径量子点的双光子吸收系数和吸收非线性特性进行了讨论，横截面积。实验：量子点的制备。首先将，粉和高纯水的混实验样品硼氢化钠；合溶液加入密闭反应瓶中，常温下以直至溶液颜色变至无色，将速度搅拌，粉被还原成，然）高纯水的三叉瓶中搅拌，巯基丙酸（和溶液加入装有后用继续搅拌并向混合溶液中注入先前制备的将将混合溶液的值调节到，溶液，溶液搅拌加热至得到粒径均匀的掺杂样品浓度为，元素的量子点，。分别选取生：长时间为，的，作为测试样品。：放大扫描实验激发光源为，

4、激光器，激发波长为脉宽重复，。入射光经衰减片后，频率为用透镜（聚焦处，将装有样品的比色）皿（固定在电动平台上，步长厚）沿轴在焦点前后移动，用，公司生产的能量计收集能量。实验装置如图所示，图实验装置图；收稿日期：修订日期：）；吉林省科技厅项目（）基金项目：国家自然科学基金项目（），；。作者简介：刘丽炜（女讲师主要从事纳米光子学研究第期：刘丽炜等：水溶性量子点的双光子吸收所有实验均在室温下进行。结果与讨论：量子点的特性表征：吸收峰分别为量子点的吸收光谱图，。图所示为种不同粒径的通过测量的吸收光谱和经验公式可以估算量子点的核直径（）×××式中：是波长。均小于体相激子波耳

5、半径，属于强量子，计算得到量子点的尺寸分别为限制尺寸范围。：量子点的吸收峰主要位于紫外区域，量子点的吸收峰随着尺寸的从图可以看出，增加发生明显红移，吸收强度明显下降，这主要是量子尺寸效应作用的结果。当半导体材料从体相减小到相应材料的激子波耳半径时，电子和空穴的运动受到量子封闭性的限制，导致相应的电子结构从连续能带结构变成能隙增宽，粒子跃迁所吸收的能量也增加，从而随着量子尺寸的减小，吸收峰向短波方向移动，分立能级结构，会出现蓝移现象。由于粒子尺寸分布和表面缺陷的存在，吸收边附近出现长尾。由图可知，种样品对是非共振吸收。的波长激光吸收很小，发射光谱的激发波长为。由图可以看出，种样品在，图为量子点发

6、射光谱图，和吸收谱类似，随着生长时间的增加，量子点尺寸也在增长，发射光谱强度降，处出现强的荧光峰，荧光峰发生明显红移，呈现出先快后慢的趋势。由图还可以看出激子发射较宽，且激子发射峰较吸收峰低，有较大的是由于掺杂了锰元素，杂质能激发光引起的。位移，：图量子点的吸收光谱图：图量子点发射光谱图：图为量子点的射线衍射图，射：线波长为，纳米晶有个衍射峰，），（），在和处，分别对应立方晶系的（°°°（三个界面。与）纳米晶系的衍射谱相比，：。在纳米晶的衍射峰往高角度移动掠射角左右，有第二峰值，可以证明°元素的存在。：通过可以用纳米晶的衍射图，公式计算粒子大小（）（）：

7、图量子点的图样式中：波长；是是衍射角。通过是半峰宽度；计算，样品粒子大小为和吸收峰计算的粒子大，小相差无几。：量子点的双光子吸收可以得到量子点的双光子吸收系数为根据扫描原理，强激光与!粒子束第卷（）有，对于!（）（）（）（）（，式中：其中是激光束照射在焦点处的激光强度，是双光子吸收系数，（）（）是被测样品的长度。是样品的有效长度，是线性吸收率，：样品和样品进行了开孔扫描测量。种量子实验分别对种不同吸收波长的点的吸收峰分别为粒子尺寸分别为，。：其他样品图与其类图所示为和的轴焦点处附近的开孔扫描的实验数据图，：似。图是随粒子尺寸的变化。从图可以看样品和样品在焦点附近的最大吸收率（）量子点的透射率明

8、显减少，并伴有明显的非线性吸收。出靠近聚焦点的位置，图量子点的开孔扫描曲线可以忽略样实验使用的脉冲激光器重复频率不高，。归一化透过率曲线是类似于以品表面的热效应表明量子点溶液对激光存在非线为中心的对称谷，性吸收，用纯水作为参考样品在相同条件下测量，曲线为一条直线，说明纯水没有吸收，该吸收来自于量子：点溶液，可以看出量子点的双光子吸收增强是由量子尺寸效应引起的。随着粒子尺寸的增加，量子点的透过率逐渐减小，呈现出一个谷，主要是由反饱和吸收引起的，即由激发态能级跃迁所产生的非线性吸收，基态与激发态能级都能吸收泵浦光电场的频率一定的光。子。分子激发态的吸收截面大于基态的吸收截面图最低点吸收随尺寸的变化

9、实验使用的激光波长为由吸收谱可知量子点对属于非共振吸收区，是一种被动，光吸收很小，的非线性过程，对飞秒脉冲激光也有较好的响应。因为激发光波长都大于样品吸收峰波长，所以样品的反饱和吸收是由双光子吸收引起的。由于实验装置的误差，可以看作是类似对称的，最低点在处。双光子吸收系数实验数据如图所示，）通过开孔扫描数据与公式（得到，结果表明理论曲线与实验曲线相匹配。双光子吸收横截面面积是光学材料性能的重要参数。双光子吸收系数和横截面积（）式中：是浓度；是量子点溶液中所含有的分子数。代入数值即可求出对应的是入射光能量；值。：量子点比量双光子吸收系数和双光子吸收横截面面积计算结果列于表。由结果可知，：子点具有

10、更大的双光子吸收吸收和双光子吸收横截面面积。量子点具有更好的非线性光学性质。第期：刘丽炜等：水溶性量子点的双光子吸收：表和量子点的双光子吸收系数和双光子吸收横截面面积：（·）·）结论：量子点的非线性吸收性质，量子点与量子点相比具有更好的双光本文研究了：更大的双光子吸收横截面面积。反饱和吸子吸收效应、量子点的非线性光学吸收属于反饱和吸收，收可以应用于制成限幅器，避免短脉冲激光的损伤，用来保护眼睛或者探测器。随着量子点尺寸的减少，双光子吸收横截面面积增加。这些良好的非线性效应可以在全光光开关，光限幅器件上有更好的应用。参考文献：，：，：，（）：，），（）：，：，：，）：，（）：，：，（）：，：（梁建功，韩鹤友不同巯基试剂修饰的光谱学与光谱分析，量子点与相互作用研究，（）马金杰，（）：），（）：，：王小慧，杜予民，等生物大分子杂化处理的物理学报，核壳量子点多层膜的超快三阶非