本文選題：GaN薄膜 + 自由載流子吸收��； 參考：《光譜學與光譜分析》2017年12期

【摘要】：采用Z掃描和泵浦-探測技術(shù)研究了GaN薄膜在370nm時的非線性光學效應和非線性光動力學過程。首先,基于GaN薄膜的透射光譜,結(jié)合線性光學理論分析得到了其在370nm的線性折射率n_0、線性吸收系數(shù)α_0、光學帶隙E_g等線性光學性質(zhì)。采用飛秒激光Z掃描技術(shù),得到了不同光強激發(fā)下的Z掃描實驗響應結(jié)果,結(jié)合非線性光學理論提取出GaN薄膜可變的光學非線性吸收效應。在激發(fā)光子能量接近GaN帶隙情況下,低光強時材料表現(xiàn)為飽和吸收而高光強時為反飽和吸收,這是因為低光強下單光子吸收占主導而高光強下以單光子感應自由載流子吸收為主。閉孔Z掃描測量得到了GaN薄膜的三階非線性折射系數(shù)為n_2=-(1.0±0.1)×10~(-3) cm~2·GW-1,它幾乎比傳統(tǒng)非線性介質(zhì)的高出一個數(shù)量級。為了探究上述非線性過程的動力學弛豫時間以及進一步探究GaN薄膜非線性光動力學過程的深層物理機制,采用了交叉偏振飛秒退相泵浦探測技術(shù)觀察GaN薄膜的光激發(fā)載流子動力學弛豫過程。實驗結(jié)果表明,在低光強下,飽和吸收效應來源于瞬態(tài)單光子吸收,高光強下單光子感應自由載流子吸收為非瞬態(tài)光動力學過程,其自由載流子弛豫時間約為17ps。該工作將為GaN薄膜在紫外非線性納米器件應用以及GaN薄膜非線性過程的機制分析理解提供新的思路。
[Abstract]:The nonlinear optical effects and nonlinear photodynamic processes of GaN thin films during 370nm were studied by Z scan and pump detection techniques. Firstly, based on the transmission spectra of GaN thin films, the linear optical properties such as the linear refractive index n _ s _ 0, the linear absorption coefficient 偽 _ 0 and the optical band gap E _ g of the GaN thin films are obtained by combining with the linear optical theory. By using femtosecond laser Z scan technique, the experimental results of Z scan excited by different light intensities are obtained, and the variable nonlinear absorption effect of GaN thin films is extracted by combining with nonlinear optics theory. When the excited photon energy is close to the GaN band gap, the material exhibits saturated absorption at low light intensity and reverse saturation absorption at high light intensity. This is because the order photon absorption is dominated by low light intensity and the single photon induced free carrier absorption is dominant at high light intensity. The third-order nonlinear refraction coefficient of GaN thin film is obtained by closed cell Z scan measurement. The coefficient of the third order nonlinear refraction is ns _ 2n ~ (-1 鹵1.0 鹵0.1) 脳 10 ~ (-1) cm~2 GW-1, which is almost an order of magnitude higher than that of the traditional nonlinear medium. In order to explore the dynamic relaxation time of the above nonlinear process and the deep physical mechanism of the nonlinear photodynamic process of GaN thin films, Cross-polarization femtosecond dephase-pumped detection technique was used to observe the dynamic relaxation process of photoexcited carriers in GaN films. The experimental results show that at low light intensity, the saturated absorption is due to transient single-photon absorption, and the order photon induced free carrier absorption is a non-transient photodynamic process with a relaxation time of about 17ps. This work will provide a new idea for the application of GaN thin films in UV nonlinear nanodevices and for the mechanism analysis and understanding of the nonlinear process of GaN thin films.
【作者單位】： 中南大學物理與電子學院超微結(jié)構(gòu)與超快過程湖南省重點實驗室;東南大學電子科學與工程學院先進光子學中心;
【基金】：國家自然科學基金項目(61222406,11174371,11474052) 湖南省自然科學基金項目(12JJ1001) 教育部博士學科點專項科研基金項目(20110162120072);教育部新世紀優(yōu)秀人才支持計劃(NCET-11-0512)資助
【分類號】：O484.41

【相似文獻】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 姚真瑜;呂雪芹;張保平;;GaN基光柵外腔半導體激光器研究進展[J];微納電子技術(shù);2013年10期

2 張保平;蔡麗娥;張江勇;李水清;尚景智;王篤祥;林峰;林科闖;余金中;王啟明;;GaN基垂直腔面發(fā)射激光器的研制[J];廈門大學學報(自然科學版);2008年05期

3 汪連山,劉祥林,岳國珍,王曉暉,汪度,陸大成,王占國;N型GaN的持續(xù)光電導[J];半導體學報;1999年05期

4 唐懿明;;電注入連續(xù)波藍光GaN基垂直腔面發(fā)射激光器[J];光機電信息;2008年08期

5 張利民;張小東;尤偉;王文秀;葛琴;劉正民;;O、C離子注入n型GaN的黃光發(fā)射研究[J];核技術(shù);2008年08期

6 楊曉東;;自組織GaN小島的InGaN/GaN量子阱白光發(fā)射[J];中國激光;2013年04期

7 何軍,鄭浩平;GaN及其Ga空位的電子結(jié)構(gòu)[J];物理學報;2002年11期

8 張存洲,張萬林,張光寅;固體中自由載流子-聲子間介電耦合作用及其在反射光譜中的表現(xiàn)[J];紅外研究;1984年04期

9 劉湘娜,D.Pfost,J.Tauc;微晶硅中的光激發(fā)引起的自由載流子吸收[J];紅外研究;1984年04期

10 李福賓;林碩;李建功;沈曉明;;GaN肖特基紫外探測器的電流輸運研究[J];廣西科學;2009年02期

相關(guān)會議論文 前10條

1 王文軍;宋有庭;袁文霞;曹永革;吳星;陳小龍;;用Li_3N和Ga生長塊狀GaN單晶的生長機制[A];第七屆北京青年科技論文評選獲獎?wù)撐募痆C];2003年

2 高飛;熊貴光;;GaN基量子限制結(jié)構(gòu)共振三階極化[A];第五屆全國光學前沿問題研討會論文摘要集[C];2001年

3 張國權(quán);;納/微結(jié)構(gòu)非線性光學與光調(diào)控研究進展報告[A];2008介觀光學及其應用研討會論文集[C];2008年

4 董曙光;楊俊義;稅敏;易傳祥;李中國;宋瑛林;;利用相位物體Z-掃描技術(shù)研究非線性光學物質(zhì)溶液的溫度動力學過程[A];Proceedings of the 2010 Symposium on Piezoelectricity,Acoustic Waves and Device Applications[C];2010年

5 周玉芳;;共軛分子鏈在外場中的非線性光學響應(英文)[A];大珩先生九十華誕文集暨中國光學學會2004年學術(shù)大會論文集[C];2004年

6 孫陶亨;;非線性光學機制產(chǎn)生短波激光的現(xiàn)狀和某些進展[A];第三屆全國光學前沿問題討論會論文摘要集[C];1997年

7 汪凱戈;楊國建;許秋生;趙立強;;非線性光學系統(tǒng)中的量子非破壞測量[A];第八屆全國量子光學學術(shù)報告會論文摘要選[C];1998年

8 李士杰;;費因曼圖在非線性光學中的應用[A];第二屆全國光散射學術(shù)會議論文集（上）[C];1983年

9 陳寵芳;劉彩池;解新建;郝秋艷;;HVPE生長GaN的計算機模擬[A];第十六屆全國半導體物理學術(shù)會議論文摘要集[C];2007年

10 蘇新艷;徐洪耀;;一種非線性光學偶氮分子的合成及躍遷偶極矩的測定[A];第六屆中國功能材料及其應用學術(shù)會議論文集（1）[C];2007年

相關(guān)博士學位論文 前8條

1 徐波;GaN納米管的理論研究及GaN緊束縛勢模型的發(fā)展[D];中國科學技術(shù)大學;2007年

2 王虎;藍寶石襯底上AlN薄膜和GaN、InGaN量子點的MOCVD生長研究[D];華中科技大學;2013年

3 高興國;GaN基稀磁半導體薄膜的制備與性能研究[D];山東師范大學;2014年

4 尹以安;GaN基藍紫光激光器制備的理論與關(guān)鍵技術(shù)的研究[D];廈門大學;2008年

5 李威;光敏材料中若干弱光非線性光學效應研究[D];南開大學;2009年

6 熊豪;柱面非線性光學及其相關(guān)效應的研究[D];華中科技大學;2013年

7 張小強;偶氮聚合物材料的非線性光學機制和光致各向異性研究[D];上海交通大學;2011年

8 馬磊;酞菁化合物的合成及其非線性光學性質(zhì)研究[D];哈爾濱工業(yè)大學;2011年

相關(guān)碩士學位論文 前10條

1 張培增;纖鋅礦GaN載流子輸運的蒙特卡羅模擬[D];蘭州大學;2006年

2 陳盈盈;輪烯衍生物三階非線性光學性質(zhì)理論研究[D];中國礦業(yè)大學;2015年

3 楊林坡;6H-SiC晶體的非線性光學和超快吸收與折射動力學研究[D];哈爾濱工業(yè)大學;2016年

4 陳壘;新型有機非線性光學材料的設(shè)計制備及性能研究[D];電子科技大學;2016年

5 馮棟;800nm拓撲絕緣體非線性折射效應研究[D];湖南大學;2016年

6 劉羽桐;基于電磁誘導透明效應的非線性增強研究[D];華東理工大學;2017年

7 梁世軍;二維量子環(huán)的非線性光學性質(zhì)[D];廣州大學;2012年

8 唐廣應;非線性光學量子計算中的互相位調(diào)制研究[D];山東大學;2012年

9 萬金銀;克爾非線性光學諧振腔中非極化激元的研究[D];華中科技大學;2006年

10 王翠玲;光學超晶格的非線性光學效應研究及結(jié)構(gòu)設(shè)計[D];山東師范大學;2005年

，

本文編號：1800068