本文選題：GaN薄膜 + 自由載流子吸收�。� 參考：《光譜學(xué)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(shí)的非線性光學(xué)效應(yīng)和非線性光動力學(xué)過程。首先,基于GaN薄膜的透射光譜,結(jié)合線性光學(xué)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(xué)帶隙E_g等線性光學(xué)性質(zhì)。采用飛秒激光Z掃描技術(shù),得到了不同光強(qiáng)激發(fā)下的Z掃描實(shí)驗(yàn)響應(yīng)結(jié)果,結(jié)合非線性光學(xué)理論提取出GaN薄膜可變的光學(xué)非線性吸收效應(yīng)。在激發(fā)光子能量接近GaN帶隙情況下,低光強(qiáng)時(shí)材料表現(xiàn)為飽和吸收而高光強(qiáng)時(shí)為反飽和吸收,這是因?yàn)榈凸鈴?qiáng)下單光子吸收占主導(dǎo)而高光強(qiáng)下以單光子感應(yīng)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(gè)數(shù)量級。為了探究上述非線性過程的動力學(xué)弛豫時(shí)間以及進(jìn)一步探究GaN薄膜非線性光動力學(xué)過程的深層物理機(jī)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(xué)弛豫過程。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,在低光強(qiáng)下,飽和吸收效應(yīng)來源于瞬態(tài)單光子吸收,高光強(qiáng)下單光子感應(yīng)自由載流子吸收為非瞬態(tài)光動力學(xué)過程,其自由載流子弛豫時(shí)間約為17ps。該工作將為GaN薄膜在紫外非線性納米器件應(yīng)用以及GaN薄膜非線性過程的機(jī)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(xué)物理與電子學(xué)院超微結(jié)構(gòu)與超快過程湖南省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室;東南大學(xué)電子科學(xué)與工程學(xué)院先進(jìn)光子學(xué)中心;
【基金】：國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(61222406,11174371,11474052) 湖南省自然科學(xué)基金項(xiàng)目(12JJ1001) 教育部博士學(xué)科點(diǎn)專項(xiàng)科研基金項(xiàng)目(20110162120072);教育部新世紀(jì)優(yōu)秀人才支持計(jì)劃(NCET-11-0512)資助
【分類號】：O484.41

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本文編號：1800068