1、卷第期第年月強(qiáng)激光與粒子束，（）文章編號(hào)：水溶性量子點(diǎn)的雙光子吸收劉麗煒，李鈺，胡思怡，陶海巖，陳桂波，譚欣，張喜和（）長春理工大學(xué)理學(xué)院，長春、：脈寬重復(fù)頻率、的放大飛秒激光器作為激發(fā)光摘要：采用激發(fā)波長：源，利用開孔掃描技術(shù)研究了不同粒徑的同一生量子點(diǎn)的非線性吸收性質(zhì)。理論計(jì)算結(jié)果表明，：其雙光子吸收系數(shù)隨量子點(diǎn)尺寸的減小長時(shí)間量子點(diǎn)的雙光子吸收系數(shù)是量子點(diǎn)的倍，：這是由于摻雜了減小了表面缺陷濃度，表明而增大，量子點(diǎn)非線性吸收屬于反飽和吸收，元素，摻雜量子點(diǎn)具有很好的雙光子吸收現(xiàn)象。關(guān)鍵詞：量子點(diǎn)；掃描；雙光子吸收；吸收光譜；量子尺寸：文獻(xiàn)標(biāo)志碼：中圖分類號(hào)：受激光激發(fā)后可以發(fā)射熒光，當(dāng)其

2、尺寸接近波耳半徑時(shí)，其非線性光學(xué)性，量子點(diǎn)的粒徑一般為。量子點(diǎn)材料具有激發(fā)光譜窄、。激發(fā)波長連續(xù)分布、光化學(xué)穩(wěn)定性好等特征質(zhì)會(huì)表現(xiàn)出許多新的特性近年來，半導(dǎo)體量子點(diǎn)的非線性光學(xué)特性已引起人們的關(guān)注，對(duì)其非線性的研究在不斷深入。等人分別計(jì)算了發(fā)現(xiàn)和量子點(diǎn)的雙光子吸收截面和三光子吸收截面，量子點(diǎn)雙光子吸。基于量子效應(yīng)，收截面和三光子吸收截面都比倍和倍量子點(diǎn)在太陽能電池、塊體材料增大發(fā)光器件、光學(xué)生物標(biāo)記等領(lǐng)域具有很大的應(yīng)用前景，因此深入探討量子點(diǎn)的非線性光學(xué)特性具有重要意。目前，：義對(duì)發(fā)光機(jī)制、光學(xué)特性等方面的報(bào)道很多，但對(duì)非線性研究報(bào)道量子點(diǎn)在合成步驟、。本文理論與實(shí)驗(yàn)相結(jié)合，：相對(duì)較少闡述了測(cè)

3、試了量子點(diǎn)制備過程，量子點(diǎn)的吸收、：發(fā)射光譜及射線衍射圖，研究了對(duì)其光學(xué)量子點(diǎn)在飛秒激光激勵(lì)下的雙光子吸收現(xiàn)象，通過實(shí)驗(yàn)測(cè)得數(shù)據(jù)及理論計(jì)算，獲得了種不同粒徑量子點(diǎn)的雙光子吸收系數(shù)和吸收非線性特性進(jìn)行了討論，橫截面積。實(shí)驗(yàn)：量子點(diǎn)的制備。首先將，粉和高純水的混實(shí)驗(yàn)樣品硼氫化鈉；合溶液加入密閉反應(yīng)瓶中，常溫下以直至溶液顏色變至無色，將速度攪拌，粉被還原成，然）高純水的三叉瓶中攪拌，巰基丙酸（和溶液加入裝有后用繼續(xù)攪拌并向混合溶液中注入先前制備的將將混合溶液的值調(diào)節(jié)到，溶液，溶液攪拌加熱至得到粒徑均勻的摻雜樣品濃度為，元素的量子點(diǎn)，。分別選取生：長時(shí)間為，的，作為測(cè)試樣品。：放大掃描實(shí)驗(yàn)激發(fā)光源為，

4、激光器，激發(fā)波長為脈寬重復(fù)，。入射光經(jīng)衰減片后，頻率為用透鏡（聚焦處，將裝有樣品的比色）皿（固定在電動(dòng)平臺(tái)上，步長厚）沿軸在焦點(diǎn)前后移動(dòng)，用，公司生產(chǎn)的能量計(jì)收集能量。實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示，圖實(shí)驗(yàn)裝置圖；收稿日期：修訂日期：）；吉林省科技廳項(xiàng)目（）基金項(xiàng)目：國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（），；。作者簡介：劉麗煒（女講師主要從事納米光子學(xué)研究第期：劉麗煒等：水溶性量子點(diǎn)的雙光子吸收所有實(shí)驗(yàn)均在室溫下進(jìn)行。結(jié)果與討論：量子點(diǎn)的特性表征：吸收峰分別為量子點(diǎn)的吸收光譜圖，。圖所示為種不同粒徑的通過測(cè)量的吸收光譜和經(jīng)驗(yàn)公式可以估算量子點(diǎn)的核直徑（）×××式中：是波長。均小于體相激子波耳

5、半徑，屬于強(qiáng)量子，計(jì)算得到量子點(diǎn)的尺寸分別為限制尺寸范圍。：量子點(diǎn)的吸收峰主要位于紫外區(qū)域，量子點(diǎn)的吸收峰隨著尺寸的從圖可以看出，增加發(fā)生明顯紅移，吸收強(qiáng)度明顯下降，這主要是量子尺寸效應(yīng)作用的結(jié)果。當(dāng)半導(dǎo)體材料從體相減小到相應(yīng)材料的激子波耳半徑時(shí)，電子和空穴的運(yùn)動(dòng)受到量子封閉性的限制，導(dǎo)致相應(yīng)的電子結(jié)構(gòu)從連續(xù)能帶結(jié)構(gòu)變成能隙增寬，粒子躍遷所吸收的能量也增加，從而隨著量子尺寸的減小，吸收峰向短波方向移動(dòng)，分立能級(jí)結(jié)構(gòu)，會(huì)出現(xiàn)藍(lán)移現(xiàn)象。由于粒子尺寸分布和表面缺陷的存在，吸收邊附近出現(xiàn)長尾。由圖可知，種樣品對(duì)是非共振吸收。的波長激光吸收很小，發(fā)射光譜的激發(fā)波長為。由圖可以看出，種樣品在，圖為量子點(diǎn)發(fā)

6、射光譜圖，和吸收譜類似，隨著生長時(shí)間的增加，量子點(diǎn)尺寸也在增長，發(fā)射光譜強(qiáng)度降，處出現(xiàn)強(qiáng)的熒光峰，熒光峰發(fā)生明顯紅移，呈現(xiàn)出先快后慢的趨勢(shì)。由圖還可以看出激子發(fā)射較寬，且激子發(fā)射峰較吸收峰低，有較大的是由于摻雜了錳元素，雜質(zhì)能激發(fā)光引起的。位移，：圖量子點(diǎn)的吸收光譜圖：圖量子點(diǎn)發(fā)射光譜圖：圖為量子點(diǎn)的射線衍射圖，射：線波長為，納米晶有個(gè)衍射峰，），（），在和處，分別對(duì)應(yīng)立方晶系的（°°°（三個(gè)界面。與）納米晶系的衍射譜相比，：。在納米晶的衍射峰往高角度移動(dòng)掠射角左右，有第二峰值，可以證明°元素的存在。：通過可以用納米晶的衍射圖，公式計(jì)算粒子大小（）（）：

7、圖量子點(diǎn)的圖樣式中：波長；是是衍射角。通過是半峰寬度；計(jì)算，樣品粒子大小為和吸收峰計(jì)算的粒子大，小相差無幾。：量子點(diǎn)的雙光子吸收可以得到量子點(diǎn)的雙光子吸收系數(shù)為根據(jù)掃描原理，強(qiáng)激光與!粒子束第卷（）有，對(duì)于!（）（）（）（）（，式中：其中是激光束照射在焦點(diǎn)處的激光強(qiáng)度，是雙光子吸收系數(shù)，（）（）是被測(cè)樣品的長度。是樣品的有效長度，是線性吸收率，：樣品和樣品進(jìn)行了開孔掃描測(cè)量。種量子實(shí)驗(yàn)分別對(duì)種不同吸收波長的點(diǎn)的吸收峰分別為粒子尺寸分別為，。：其他樣品圖與其類圖所示為和的軸焦點(diǎn)處附近的開孔掃描的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)圖，：似。圖是隨粒子尺寸的變化。從圖可以看樣品和樣品在焦點(diǎn)附近的最大吸收率（）量子點(diǎn)的透射率明

8、顯減少，并伴有明顯的非線性吸收。出靠近聚焦點(diǎn)的位置，圖量子點(diǎn)的開孔掃描曲線可以忽略樣實(shí)驗(yàn)使用的脈沖激光器重復(fù)頻率不高，。歸一化透過率曲線是類似于以品表面的熱效應(yīng)表明量子點(diǎn)溶液對(duì)激光存在非線為中心的對(duì)稱谷，性吸收，用純水作為參考樣品在相同條件下測(cè)量，曲線為一條直線，說明純水沒有吸收，該吸收來自于量子：點(diǎn)溶液，可以看出量子點(diǎn)的雙光子吸收增強(qiáng)是由量子尺寸效應(yīng)引起的。隨著粒子尺寸的增加，量子點(diǎn)的透過率逐漸減小，呈現(xiàn)出一個(gè)谷，主要是由反飽和吸收引起的，即由激發(fā)態(tài)能級(jí)躍遷所產(chǎn)生的非線性吸收，基態(tài)與激發(fā)態(tài)能級(jí)都能吸收泵浦光電場的頻率一定的光。子。分子激發(fā)態(tài)的吸收截面大于基態(tài)的吸收截面圖最低點(diǎn)吸收隨尺寸的變化

9、實(shí)驗(yàn)使用的激光波長為由吸收譜可知量子點(diǎn)對(duì)屬于非共振吸收區(qū)，是一種被動(dòng)，光吸收很小，的非線性過程，對(duì)飛秒脈沖激光也有較好的響應(yīng)。因?yàn)榧ぐl(fā)光波長都大于樣品吸收峰波長，所以樣品的反飽和吸收是由雙光子吸收引起的。由于實(shí)驗(yàn)裝置的誤差，可以看作是類似對(duì)稱的，最低點(diǎn)在處。雙光子吸收系數(shù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如圖所示，）通過開孔掃描數(shù)據(jù)與公式（得到，結(jié)果表明理論曲線與實(shí)驗(yàn)曲線相匹配。雙光子吸收橫截面面積是光學(xué)材料性能的重要參數(shù)。雙光子吸收系數(shù)和橫截面積（）式中：是濃度；是量子點(diǎn)溶液中所含有的分子數(shù)。代入數(shù)值即可求出對(duì)應(yīng)的是入射光能量；值。：量子點(diǎn)比量雙光子吸收系數(shù)和雙光子吸收橫截面面積計(jì)算結(jié)果列于表。由結(jié)果可知，：子點(diǎn)具有

10、更大的雙光子吸收吸收和雙光子吸收橫截面面積。量子點(diǎn)具有更好的非線性光學(xué)性質(zhì)。第期：劉麗煒等：水溶性量子點(diǎn)的雙光子吸收：表和量子點(diǎn)的雙光子吸收系數(shù)和雙光子吸收橫截面面積：（·）·）結(jié)論：量子點(diǎn)的非線性吸收性質(zhì)，量子點(diǎn)與量子點(diǎn)相比具有更好的雙光本文研究了：更大的雙光子吸收橫截面面積。反飽和吸子吸收效應(yīng)、量子點(diǎn)的非線性光學(xué)吸收屬于反飽和吸收，收可以應(yīng)用于制成限幅器，避免短脈沖激光的損傷，用來保護(hù)眼睛或者探測(cè)器。隨著量子點(diǎn)尺寸的減少，雙光子吸收橫截面面積增加。這些良好的非線性效應(yīng)可以在全光光開關(guān)，光限幅器件上有更好的應(yīng)用。參考文獻(xiàn)：，：，：，（）：，），（）：，：，：，）：，（）：，：，（）：，：（梁建功，韓鶴友不同巰基試劑修飾的光譜學(xué)與光譜分析，量子點(diǎn)與相互作用研究，（）馬金杰，（）：），（）：，：王小慧，杜予民，等生物大分子雜化處理的物理學(xué)報(bào)，核殼量子點(diǎn)多層膜的超快三階非