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硫系玻璃Ge28Sb12Se60薄膜光学非线性增强色散特性.docx
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硫系玻璃Ge28Sb12Se60薄膜光学非线性增强色散特性.docx
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� 0. 引 言
随着红外光子技术的迅速发展,材料科学的研究方向之一是寻找具有高红外透过率
(特别是在一些重要的大气窗口)
[1]
和高非线性的光学材料,以实现一些关键的光
子学应用,如红外激光源、红外传感器、超连续介质产生等。而满足上述特性的硫
系玻璃则是以元素周期表中的第六主族元素中除氧和钋以外的硫、硒、碲三种元素
和其他元素或它们之间相互组合构成的材料,具有较大的折射率和红外透过性、且
红外透过范围广、非线性效应强
[2-3]
。目前针对硫系玻璃的光学非线性已经有了大
量研究
[4-8]
,尽管具有较高的光学非线性效应,但是针对硫系玻璃的光学非线性增
强仍是一个值得研究的话题。近年来,以局域表面等离激元(Localized Surface
Plasmons, LSP)对材料光学非线性增强的潜能正在越来越多地被发掘
[9-10]
。局域表面
等离激元起源于金属或高掺杂半导体纳米颗粒表面的自由电子在入射光的激发下,
电子的集体运动与电磁场相互作用产生的共谐振荡,具有局域光捕获
[11]
、电磁场增
强
[12]
,高的光热转换效率
[13]
等优秀特性,使得 LSP 在诸多领域中得到广泛研究,
如光电器件制造、成像、检测表面增强光谱学
[14-16]
、非线性光学
[17-18]
、生物医学
[19]
等各个领域。其中,开发 LSP 增强硫系玻璃光学非线性的光子学器件仍需大量的
研究工作。
文中采用真空热蒸发以及退火工艺制备了支持 LSP 的微纳结构,实现了硫系
玻璃 Ge
28
Sb
12
Se
60
薄膜的非线性的增强,探究了其光学非线性随激光波长的变化。
首先通过热蒸镀和退火的方法制备支撑 LSP 的微纳银结构,并在该微纳结构上表
面热蒸镀 GSS 薄膜,以形成待测样品。然后使用飞秒 Z-扫描技术对已制备样品的
三阶光学非线性进行测量,分别测量有无 LSP 微纳银结构的硫系玻璃薄膜,并进
行对比研究 LSP 微纳银结构对硫系玻璃薄膜非线性的增强效果。随后,为了研究
GSS 薄膜非线性吸收增强的物理机制,利用扫描电子显微镜(Scanning Electron
Microscope, SEM)研究退火银结构的微观形貌,并通过分析样品的透过光谱表征,
来研究已制作样品的 LSP 特性。此外,通过利用不同波长的激光器作为激励光
源,研究了样品的三阶光学非线性随激光波长的变化情况。
1. 实 验
首先对待测样品进行制备(包括退火银结构、GSS 薄膜、退火银结构加 GSS
薄膜):先用去离子水冲洗石英基片,然后依次用碱液和酸液煮沸 5 min。其中碱
液的成分为:氨水、过氧化氢、去离子水体积比 1∶2∶5;酸液的成分为:盐酸、
过氧化氢、去离子水体积比 1∶2∶8。随后采用真空热蒸发方法在清洗过的石英基
底上镀膜,其流程如图 1 所示。
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