水溶性CdTeMn量子点的双光子吸收刘丽炜.docx
- 文档编号:25465570
- 上传时间:2023-06-09
- 格式:DOCX
- 页数:16
- 大小:159.91KB
水溶性CdTeMn量子点的双光子吸收刘丽炜.docx
《水溶性CdTeMn量子点的双光子吸收刘丽炜.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《水溶性CdTeMn量子点的双光子吸收刘丽炜.docx(16页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
水溶性CdTeMn量子点的双光子吸收刘丽炜
5卷第2期 第2
013年2月 2强激光与粒子束HIGHPOWERLASERANDPARTICLEBEAMS Vol.25,No.2 ,Feb.2013
()文章编号:
0014322201302035005 1---
:
水溶性CdTeMn量子点的双光子吸收
刘丽炜, 李 钰, 胡思怡, 陶海岩, 陈桂波, 谭 欣, 张喜和
()长春理工大学理学院,长春130022*
、:
脉宽5重复频率1k00nm、0fsHz的Tisahire放大飞秒激光器作为激发光 摘 要:
采用激发波长8pp
:
源,利用开孔Z扫描技术研究了不同粒径的C同一生dTeMn量子点的非线性吸收性质。
理论计算结果表明,
:
其双光子吸收系数随量子点尺寸的减小长时间CdTeMn量子点的双光子吸收系数是CdTe量子点的1.1倍,
:
这是由于C掺杂了M减小了表面缺陷浓度,表明而增大,dTeMn量子点非线性吸收属于反饱和吸收,n元素,
掺杂量子点具有很好的双光子吸收现象。
关键词:
量子点; Z扫描; 双光子吸收; 吸收光谱; 量子尺寸
:
/437 文献标志码:
oi10.3788HPLPB20132502.0350 中图分类号:
O A d
受激光激发后可以发射荧光,当其尺寸接近波耳半径时,其非线性光学性0nm, 量子点的粒径一般为1~1
]1]23-。
量子点材料具有激发光谱窄、。
激发波长连续分布、光化学稳定性好等特征[质会表现出许多新的特性[
近年来,半导体量子点的非线性光学特性已引起人们的关注,对其非线性的研究在不断深入。
A.D.Lad等人
//分别计算了Z发现ZnSe和ZnSeZnS量子点的双光子吸收截面和三光子吸收截面,nSeZnS量子点双光子吸
]2445-。
基于量子效应,收截面和三光子吸收截面都比Z倍和1倍[量子点在太阳能电池、nSe块体材料增大100
发光器件、光学生物标记等领域具有很大的应用前景,因此深入探讨量子点的非线性光学特性具有重要意
]68-。
目前,:
义[对C发光机制、光学特性等方面的报道很多,但对非线性研究报道dTeMn量子点在合成步骤、
]910-。
本文理论与实验相结合,:
:
相对较少[阐述了C测试了CdTeMn量子点制备过程,dTeMn量子点的吸收、
:
发射光谱及X射线衍射图,研究了C对其光学dTeMn量子点在800nm飞秒激光激励下的双光子吸收现象,
通过实验测得数据及理论计算,获得了5种不同粒径量子点的双光子吸收系数和吸收非线性特性进行了讨论,
横截面积。
1 实 验
:
dTeMn量子点的制备。
首先将120maBH4,80mTe粉和5mL高纯水的混 实验样品Cg硼氢化钠Ng
/;合溶液加入密闭反应瓶中,常温下以7直至溶液颜色变至无色,将00rmin速度搅拌,Te粉被还原成NaHTe
,然100μL3MPA)80mMnCl80mCdCl00mL高纯水的三叉瓶中搅拌, -巯基丙酸(gg2和12溶液加入装有2
后用N继续搅拌并向混合溶液中注入先前制备的N将aOH将混合溶液的pH值调节到10,aHTe溶液1mL,
/溶液搅拌加热至1得到粒径均匀的掺杂M样品浓度为5mm00℃,n元素的CdTe量子点,olL。
分别选取生
:
:
:
:
:
长时间为3,7,10,15,24h的CdTeMnCdTeMnCdTeMnCdTeMnCdTeMn-Ⅰ,-Ⅱ,-Ⅲ,-Ⅳ,-Ⅴ
作为测试
样品。
:
isahire放大 Z扫描实验激发光源为Tpp
,激光器,激发波长为8脉宽5重复00nm,0fs
。
入射光经衰减片A后,频率为1k用透镜Hz
(聚焦z=0处,将装有样品的比色50mm)f=1
皿(固定在电动平台B上,步长11mm厚)
沿z轴在焦点前后移动,用Omm,hir公司生p
产的能量计收集能量。
实验装置如图1所示,Fi.1 Exerimentalsetu gpp
图1 实验装置图
;2012041020120920*收稿日期:
-- 修订日期:
--
);吉林省科技厅项目()基金项目:
国家自然科学基金项目(4100404220110748
—),,,;。
作者简介:
刘丽炜(女讲师主要从事纳米光子学研究1980liulw@cust.edu.cn
第2期:
刘丽炜等:
水溶性CdTeMn量子点的双光子吸收351所有实验均在室温下进行。
2 结果与讨论
:
2.1 CdTeMn量子点的特性表征
:
吸收峰分别为4dTeMn量子点的吸收光谱图,77,515,530,555,600nm。
图2所示为5种不同粒径的C
11]通过测量的吸收光谱和经验公式可以估算量子点的核直径[
946332---()D=1.6122×10.6575×10.6242×10.42771.571 λ λ λ λ0-20+10-00+4
式中:
λ0是波长。
均小于体相激子波耳半径,属于强量子15,2.50,3.07,3.15,4.58nm, 计算得到量子点的尺寸R分别为2.
限制尺寸范围。
:
:
CdTeMn量子点的吸收峰主要位于紫外区域,CdTeMn量子点的吸收峰随着尺寸的 从图2可以看出,
增加发生明显红移,吸收强度明显下降,这主要是量子尺寸效应作用的结果。
当半导体材料从体相减小到相应材料的激子波耳半径时,电子和空穴的运动受到量子封闭性的限制,导致相应的电子结构从连续能带结构变成
能隙增宽,粒子跃迁所吸收的能量也增加,从而随着量子尺寸的减小,吸收峰向短波方向移动,分立能级结构,
会出现蓝移现象。
由于粒子尺寸分布和表面缺陷的存在,吸收边附近出现长尾。
由图2可知,5种样品对800
是非共振吸收。
nm的波长激光吸收很小,
发射光谱的激发波长为440nm。
由图可以看出,5种样品在530,560,590, 图3为量子点发射光谱图,
和吸收谱类似,随着生长时间的增加,量子点尺寸也在增长,发射光谱强度降620,660nm处出现强的荧光峰,
荧光峰发生明显红移,呈现出先快后慢的趋势。
由图3还可以看出激子发射较宽,且激子发射峰较吸收峰低,
有较大的S是由于掺杂了锰元素,杂质能激发光引起的
。
tokes位移,
:
Fi.2 AbsortionsectraofCdTeMndotsuantum gppq
:
图2 CdTeMn
量子点的吸收光谱图:
Fi.3 EmissionsectraofCdTeMndotsuantum gpq:
图3 CdTeMn
量子点发射光谱图
:
dTeMnX 图4为C-Ⅰ量子点的X射线衍射图,-射
:
线波长为1.5406nm,CdTeMn纳米晶有3个衍射峰,
,,),(),在2和5处,分别对应立方晶系的(6°42°1°111220
(三个界面。
与C311)dTe纳米晶系的衍射谱相比,
[2]:
。
在CdTeMn纳米晶的XRD衍射峰往高角度移动1
掠射角4左右,有第二峰值,可以证明M2°n元素的存在。
:
通过C可以用DdTeMn纳米晶的XRD衍射图,ebe-y
3Scherer公式计算粒子大小1
/(R=0.892cosλθ)β[]()2
:
Fi.4 XRDofCdTeMndotsatternuantum gpq
:
图4 CdTeMn量子点的XRD图样式中:
RD波长;λ是Xθ是衍射角。
通过β是半峰宽度;计算,样品粒子大小为2.和吸收峰计算的粒子大17nm,
小相差无几。
:
2.2 CdTeMn量子点的双光子吸收
[14]可以得到量子点的双光子吸收系数为 根据Z扫描原理,
352强激光与
+!
-!
粒子束第25卷T(z)=有1, 对于q0<q0
!
2[(]ln1+qexdτ-τ)p0()3
0)T=∑(-1m+1m=0mm)/32()4
22/(/,式中:
其中IIL1+zzL1-q0=β20eff0是激光束照射在焦点处的激光强度,2是双光子吸收系数,eff=(0)β
())/-ll是被测样品的长度。
exαααp00是样品的有效长度,0是线性吸收率,
:
dTeMn样品和CdTe样品进行了开孔Z扫描测量。
5种CdTe量子 实验分别对5种不同吸收波长的C
点的吸收峰分别为4粒子尺寸分别为2.90,525,540,560,575nm,26,2.63,2.85,3.26,3.66nm。
:
其他样品图与其类dTeMndTe 图5所示为C-Ⅴ和C-Ⅴ的z轴焦点处附近的开孔Z扫描的实验数据图,
:
似。
图6是C随粒子尺寸的变化。
从图5可以看
dTeMn样品和CdTe样品在焦点附近的最大吸收率(1-T)
量子点的透射率明显减少,并伴有明显的非线性吸收。
出靠近聚焦点的位置,
Fi.5 OenaertureZscancurvesofdots
uantum- - gppq
图5 量子点的开孔Z扫描曲线
可以忽略样 实验使用的脉冲激光器重复频率不高,
]1517-。
归一化透过率曲线是类似于以z品表面的热效应[
表明量子点溶液对激光存在非线=0为中心的对称谷,
性吸收,用纯水作为参考样品在相同条件下测量,曲线为
一条直线,说明纯水没有吸收,该吸收来自于CdTe量子
:
点溶液,可以看出CdTeMn量子点的双光子吸收增强
是由量子尺寸效应引起的。
随着粒子尺寸的增加,量子
点的透过率逐渐减小,呈现出一个谷,主要是由反饱和吸
收引起的,即由激发态能级跃迁所产生的非线性吸收,
基态与激发态能级都能吸收泵浦光电场的频率一定的光
18]。
子。
分子激发态的吸收截面大于基态的吸收截面[Fi.6 Maximumabsortionratechaninwithsize gpgg 图6 最低点吸收随尺寸的变化
实验使用的激光波长为8由吸收谱可知量子点对8属于非共振吸收区,是一种被动00nm,00nm光吸收很小,
的非线性过程,对飞秒脉冲激光也有较好的响应。
因为激发光波长都大于样品吸收峰波长,所以样品的反饱和吸收是由双光子吸收引起的。
由于实验装置的误差,可以看作是类似对称的,最低点在z=0处。
双光子吸收系数 实验数据如图5所示,
)通过开孔Z扫描数据与公式(得到,结果表明理论曲线与实验曲线相匹配。
4
双光子吸收横截面面积是光学材料性能的重要参数。
双光子吸收系数β2和横截面积
310h2σ2=N0C()5
式中:
C是浓度;hN0是量子点溶液中所含有的分子数。
代入数值即可求出对应的σν是入射光能量;2值。
:
CdTeMn量子点比CdTe量 双光子吸收系数和双光子吸收横截面面积计算结果列于表1。
由结果可知,
:
子点具有更大的双光子吸收吸收和双光子吸收横截面面积。
CdTeMn量子点具有更好的非线性光学性质。
第2期:
刘丽炜等:
水溶性CdTeMn量子点的双光子吸收
:
表1 CdTeMn和CdTe量子点的双光子吸收系数和双光子吸收横截面面积
:
hotonuantumTable1 TwoabsortioncoefficientandcrosssectionalareaofCdTeMnandCdTedots - - pqp
353
/rowthtimeh g
:
CdTeMn-Ⅰ
:
MnCdTe-Ⅱ:
CdTeMn-Ⅲ:
CdTeMn-Ⅳ:
MnCdTe-ⅤCdTe-ⅠCdTe-ⅡCdTe-ⅢCdTe-ⅣCdTe-Ⅴ
3 7 10 15 24 3 7 10 15 24
/Rnm2.15 2.50 3.07 3.15 4.58 2.26 2.63 2.85 3.26 3.66
64 /(/(·s)10-3cm·GW-1)σ10-4cm22β
2.5503 2.2732 2.1208 2.0218 1.9734 2.3308 2.2587 2.0555 1.9485 1.7598
1.981.671.481.341.231.771.571.431.261.11
3 结 论
:
:
dTeMn量子点的非线性吸收性质,CdTeMn量子点与CdTe量子点相比具有更好的双光 本文研究了C
:
更大的双光子吸收横截面面积。
C反饱和吸子吸收效应、dTeMn量子点的非线性光学吸收属于反饱和吸收,收可以应用于制成限幅器,避免短脉冲激光的损伤,用来保护眼睛或者探测器。
随着量子点尺寸的减少,双光子吸收横截面面积增加。
这些良好的非线性效应可以在全光光开关,光限幅器件上有更好的应用。
参考文献:
[],1aoMinuanStefanK,HelmuthM.Simultaneousmeasurementofureoticalandthermooticalnonlinearitiesinducedbhihreeti G - - --gypppygp
,:
]tionratefemtosecondlaserulsesalicationtoCSJ.JournaloPhsicalChemistrB,1998,102:
83608363.- -pppf yy 2[
[],[]2eJJiW,MaG H,etal.ExcitonicnonlinearabsortioninCdSnanocrstalsstudiedusinZscantechniueJ.J AlPhs,2004,95 H - pygqppy
():
1163816386.-
[],,,)3urraCB,NorrisDJBawendiM G.SnthesisandcharacterizationofnearlmonodiserseCdE(E=SSeTesemiconductornanocrs M -yyypy
[]():
tallitesJ.JournalotheAmericanChemicalSociet1993,1151987068715. -fy,
[]//[]4adA D,KiranPP,MoreD.TwoabsortioninZnSeandZnSeZnScoreshellstructuresJ.J AlPhs,2008,78:
hotonuantum L - ppqppy
043126.
[]/[]5adA D,KiranPP,KumarGR.ThreeabsortioninZnSeandZnSeZnSdotsJ.J AlPhs,2007,9:
133113.hotonuantum L - ppqppy[],M):
6abbousiBO,RodriuezVieoJikulecFV,etal.(CdSeZnScoreshelluantumdotssnthesisandcharacterizationofasizeseriesof D gjqy
[]():
luminescentnanocrstallitesJ.JournaloPhsicalChemistrB,1997,1014694639475.hihl -ygyf yy
[]:
7hestnoN,HarrisTD,HullR.LuminescenceandofCdSsemiconductorclustersthenatureoftheemittinelectronicstatechotohsics C ygppy
[]():
J.JournaloPhsicalChemistr1986,901533933399. -f yy,
[]]:
(梁建功,韩鹤友.不同巯基试剂修饰的C光谱学与光谱分析,8dTe量子点与BSA相互作用研究[J.2010,30(4)10391043.Ma 马金杰,-
,,HJinieuantumLianJianonanHeou.StudonthesnchronousinteractionsbetweendifferentthiolcaedCdTedotsandBSA. - jgggyyyppq ():
)Sectroscoand SectralAnalsis,2010,30410391043 -ppypy
[],,[]9henJiain,ZhanGuilanGuoYanxueetal.AlloticalswitchinandnonlinearoticalofHBTinethanolsolutionJ.Chiroerties Z - - -gjggpgppp
():
nesePhsics,2007,16410471051. -y
[]/]:
王小慧,杜予民,等.生物大分子杂化处理的C物理学报,10dSeZnS核/壳量子点多层膜的超快三阶非线性研究[J.2006,55(2)753 丁沙,-
(,W,D,/757.DinShaanXiaohuiuYuminetal.ThirdordernonlinearoticalroertiesofhbridfilmsofbioolmerdSeZnScore - -C -ggpppypy ():
)shelldots.Acta PhsicaSinica,2006,552753757uantum -qy
[]11htsukaS,KoamaT,TsunetomoK,etal.NonlinearoticalofCdTemicrocrstallitesdoedfabricatedblaserevaoraroertlasses O -ypypypppyg
[]():
tionmethodJ.AlPhsLett,1992,612529532954. -ppy
[]:
]12umbharkarP.ObservationofnonlinearoticaluantumdotmaterialsusineffectsinsomesemiconductorNdYAGlaserradiation[J. K pqg
():
Oticsand Precision Enineerin2011,192229236. -pgg,
[]]:
(,王珊珊,于俊生.高荧光的水溶性C鲁东大学学报,13dTe量子点的合成及其生长规律研究[J.2011,27(1)4459.DenDawei 邓大伟,-g
,WanShanshanYuJunshen.AueoussnthesisofhihlluminescentCdTeuantumdotsanditsrowthmechanism.LudonUniversi -ggqygyqgg ():
)tJournal,2011,2714459-y
[],]14henJJZhanGL,GuoYX,etal.AlloticalswitchinandnonlinearoticalofHBTinethanolsolution[J.Chineseroerties Z - - ggpgppp
():
Phsics,2007,16410471051.-y
354强激光与粒子束第25卷[]]:
(,郑植仁,金钦汉.水溶性C物理学报,15dTe量子点的三阶光学非线性极化特性[J.2008,57(2)11771182.Wu WenzhiZhen 吴文智,-g
Zhiren,JinQinhan.TheroertofthirdorderoticalnonlinearsuscetibilitofwatersolubleCdTeuantumdots.Acta PhsicaSinica, - ppyppyqy
():
)2008,57211771182-
],[16alconieriM,SalvettiG.Simultaneousmeasurementofureoticalandthermooticalnonlinearitiesinducedbhihreetitionratefem- F - - --pppygp
:
]():
tosecondlaseralicationtoCSJ.Alied PhsicsB,1999,692133136.ulses -pppppy2[
[],[]17eNaldaR,DelCosoR,ReueoIsidroJetal.LimitstothedeterminationofthenonlinearrefractiveindexbtheZscanmethodJ. D - - qjy
():
JournalotheOticalSocietoAmerica B-oticalPhsics,2002,192289296. -fpyf py
[],[]18eGanshenXuGC,PrasadPN,etal.TwoabsortionandoticallimitinofnoveloraniccomoundsJ.Oticalhotonroerties H ggppggppppp
,():
Letters1995,205435437.-
:
TwohotonabsortionofCdTeMnuantumdots-p pq
inaueoussolution q
,,,,,,LiuLiweiiYuuSiiaoHaianhenGuiboanXinhanXihe L H T C T Zyyg
(SchooloScience,Chanchun UniversitoScienceand TechnoloChanchun130022,China) f gyf gy,g
2+:
bstracthetwohotonabsortionofwatersolubleCdTeuantumdotsandMndoedCdTeuantumdotsinfourdif A T -p - -pqpq
,,w:
ferentsizeshasbeenstudiedbusintheoenZscantechniueithaTisahirelaserat800nm wavelenth,50fsulse - -ygpqppgp
,,:
Mwidth1kHzreetitionfreuenc.TheresultsshowthatthetwoabsortioncoefficientofCdTendotsishotonuantum -p pqypq
,1.1timesthatofCdTeuantumdotsforthesamerowthtimeandtherelationshibetweenthetwohotonabsortioncoeffi -p -qgpp
,:
MuantumarticleroortionuantumcientofdotsandthesizeisinversebecausethenonlinearabsortionofCdTendotsbe -qpppqp
2+,lonstothesaturatedabsortion.ItisshownthatMndoeduantumdotsexhibitoodtwohotonabsortionhenomenon - -p qgpgppp
andhavebroadalicationrosectsinoticalswitchesandoticallimitindevices. ppppgpp
:
;;;uantumhotonuantumewordsdotsscantwoabsortionbsortionsect
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 水溶性 CdTeMn 量子 光子 吸收 刘丽炜