第
３３
卷
第
４
期 华 侨 大 学 学 报 （自 然 科 学 版 ）
Ｖｏｌ．３３
Ｎｏ．４
２０１２
年
７
月
ＪｏｕｒｎａｌｏｆＨｕａ
ｑ
ｉａｏＵｎｉｖｅｒｓｉｔ
ｙ
（
ＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅ
）
Ｊｕｌ．２０１２
文章编号：
１０００５０１３
（
２０１２
）
０４０３８００４
Ｇｅ
／
Ａｌ
?
ＳｉＯ
２
薄膜材料的非线性光学特性
陈虎，王加贤
（华侨大学 信息科学与工程学院，福建 厦门
３６１０２１
）
摘要：
采用磁控共溅射及后退火技术制备
Ｇｅ
，
Ａｌ
共 掺
ＳｉＯ
２
薄 膜，通 过
Ｘ
射线衍射谱和傅里叶红外吸收谱
对样品进行表征，并采用皮秒脉冲激光器的单光束
Ｚ
扫描技术研究薄膜的三阶非线性光学特性
研 究 结 果
表明
：薄膜材料对
１０６４ｎｍ
的光具有自散焦和双光子吸收效应，薄膜的三阶极化率
χ
（
３
）
为
３．８４×１０
－１６
ｍ
２
·
Ｖ
－２
．
薄膜材料的三阶非线性极化率比
ＳｉＯ
２
和
ＧｅＯ
２
均有显著的提高，说明薄膜材料中的纳米
Ｇｅ
颗粒的量子
限域效应及双光子吸收效应是其产生非线性光学效应增强的主要原因，同时
Ａｌ
的掺杂也促进了材料的三阶
非线性光学效应的增强
．
关键词：
三阶非线性；光学性质；
Ｇｅ
／
Ａｌ
?
ＳｉＯ
２
薄膜；
Ｚ
扫描技术；磁控溅射
中图分类号：
Ｏ４３７
；
Ｏ４８４．４
文献标志码：
Ａ
由于半导体纳米颗粒镶嵌
ＳｉＯ
２
薄膜材料表现出较强的量子限域作用，其光学特性和体材料相比有
着显著的差异，在光开关、光存储和光逻辑器件等领域具有广泛的应用前景
因此，对这 种纳米 薄膜材
料的非线性光学特性展开了广泛的研究
［
１
?
２
］
．Ｇａｎｅｅｖ
等
［
３
］
利用激 光灼烧 法制备 出
Ｇｅ
纳米颗 粒，测得 材
料的三阶非线性极化率达到
１０
－１６
ｍ
２
·
Ｖ
－２
量级
文献［
３
］认为 克尔效 应引起 的光束 自聚 焦和 双 光子
吸收分别是产生非线性折射和非线性吸 收的 原 因
．Ｆｏｋ
等
［
４
］
研究 高 浓度
Ｇｅ
掺杂的非线性光纤的四波
混频性质，对
ＧｅＯ
２
摩尔分数为
７５％
的高浓度
Ｇｅ
掺杂非线性光纤，其非线性吸收系数可高达
３５Ｋ
·
（
ｍ
·
Ｗ
）
－１
．
本文利用射频磁控共溅射方法制备出
Ｇｅ
／
Ａｌ
?
ＳｉＯ
２
薄膜材 料，并 利用单 光束
Ｚ
扫描技 术测
量
Ｇｅ
／
Ａｌ
?
ＳｉＯ
２
薄膜材料的非线性折射率和非线性吸收系数，分析了其产生的光学非线性机理
．
１
薄膜的制备及表征
选取（
１００
）晶向的
ｐ
型单晶
Ｓｉ
基片作衬底，采用射频磁控溅射技术制备
Ｇｅ
，
Ａｌ
共掺
ＳｉＯ
２
薄膜
．
溅
射时采用
Ｇｅ
，
Ａｌ
，
ＳｉＯ
２
复合靶，将高纯
Ｇｅ
片和
Ａｌ
片放在高纯石英靶材上，靶材
Ｇｅ
，
Ａｌ
，
ＳｉＯ
２
所占面积
图
１
薄膜样品的
ＸＲＤ
谱
Ｆｉ
ｇ
．１
ＸＲＤｓ
ｐ
ｅｃｔｒｕｍｏｆｆｉｌｍｓａｍ
ｐ
ｌｅ
的比例 分 别 为
１０％
，
８％
，
８２％．
溅 射 室 本 底 真 空 度 为
０．１
ｍＰａ
，溅射时 工 作 气 压 稳 定 在
１Ｐａ
左 右，溅 射 气 体 为
Ａｒ
气
．
衬底温度为室温，溅射功率为
２００ Ｗ
，溅射时间为
１ｈ
，薄膜厚
度约为
２５０ｎｍ．
制备好的样品在氮气保护下进行
８００ ℃
高温
退火，退火时间为
３０ｍｉｎ．
采用德国
Ｂｒｕｋｅｒ
公司生产的
Ｄ８Ａｄｖａｎｃｅ
型
Ｘ
射线衍射
仪（
λ
＝０．１５４ｎｍ
）对薄膜进行
Ｘ
射线衍射谱（
ＸＲＤ
）的测定，如
图
１
所示
．
从图
１
可知：
Ｇｅ
（
１１１
）晶 向的晶 态衍射 特征峰（
２
θ
＝
２７．５°
）明显，表明 薄 膜 中 产 生 了 纳 米
Ｇｅ
晶 粒，由
Ｓｃｈｅｒｒｅｒ
公
式可得到其粒径大小为
４．８ｎｍ．
采用
Ｐ
?
Ｅ９８３
型红 外 分光 光 度计 测 量样 品 的傅 里 叶 红 外
收稿日期：
２０１２０２０４
通信作者：
王加贤（
１９５５
），男，教授，主要从事固体激光技术和超短光脉冲的研究
．Ｅｍａｉｌ
：
ｗａｎ
ｇｊ
ｘ
＠
ｈ
ｑ
ｕ．ｅｄｕ．ｃｎ．
基金项目：
福建省自然科学基金资助项目（
２０１２Ｊ０１２７７
）；福建省青年科技人才创新项目（
２００１Ｊ０３０
）
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weixin_38547421
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