硫系玻璃薄膜的光学非线性研究

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硫系玻璃是指以S、Se、Te等第六主族元素为主要成分,结合Ge、Sb等其他元素形成的玻璃,由于其独特的光学和半导体特性,受到研究者们的广泛关注和研究。硫系玻璃拥有较高的红外透过率,优秀的的化学性能和热稳定性、优异的光学损伤阈值和快速的光学响应。最重要的是它具有很高的三阶非线性系数,具有广阔的应用前景和研究潜力。本文分别采用热蒸发法和磁控溅射法在石英基底上镀20 nm厚的Ge28Sb12Se60(GSS)和Ge2Sb2Te5(GST)薄膜。使用Z扫描测量方法对制备的硫系玻璃薄膜的三阶光学非线性进行测量,使用软件对所测的数据进行仿真拟合后,得到各样品非线性吸收系数并通过透射光谱对样品进行了表征。研究结果表明,在532 nm波段GST薄膜相比于GSS薄膜具有更加优越的光学非线性。本文采用共热蒸发法在石英基底上镀30nm厚,不同Ag掺杂比例的GSS薄膜。使用Z扫描测量方法对已制备的硫系玻璃薄膜的三阶光学非线性进行测量,使用软件对所测的数据进行仿真拟合后,得到各样品非线性吸收系数,对比研究掺杂浓度对GSS薄膜光学非线性的影响并通过透射光谱进行了表征。研究结果表明,在532 nm波段,Ag的引入将导致GSS薄膜的非线性吸收增大。本文采用热蒸发以及退火工艺制备了支持局域表面等离激元的微纳结构,研究了该结构对硫系玻璃GSS薄膜光学非线性增强的色散特性。搭建了Z扫描光路,实现了对样品非线性吸收的测量,使用扫描电子显微镜和透射光谱进行表征,分析了硫系玻璃GSS薄膜非线性吸收增强的原理,选取了不同波长的飞秒激光对样品进行Z扫描实验。研究结果表明,银膜退火形成的微纳结构,可在650 nm和850 nm波段增强非线性吸收。非线性吸收随着波长的增加由单光子吸收为主逐渐转变为双光子吸收为主。非线性折射率随着波长的增加由负变正,且退火银膜使50 nm GSS薄膜的共振中心频率发生了偏移。
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