Bi:GaAs可饱和吸收体的非线性光学特性研究

发布时间：2020-08-08 23:17

【摘要】：激光技术在不断的提高,因此非线性光学的理论也在日新月异的被完善。人们也发现了许多具有优异非线性效应的材料。这些材料可以应用于很多领域,以光电领域为主,非线性光学材料可以被制作成光调制器、光存储等器件。对于光电子器件等仪器来说,仪器的灵敏度等特性跟所用的材料的非线性特性相挂钩。在固态激光器领域,可饱和吸收体要具有快速响应、低损耗和大的宽带的性能,同时还具有高调制深度。为了突破技术的瓶颈,促进并发展短脉冲激光器技术,关键工作之一就是寻找优良的可饱和吸收体材料。众所周知,可饱和吸收属于非线性光学特性的一种。所以,为制备拥有短脉冲、高能量的激光器,探索研究拥有优良非线性光学吸收特性的可饱和吸收体,是非线性光学研究的一个重心工作。本论文主要对多种Bi:GaAs的非线性光学特性进行了研究分析(制备Bi:GaAs时的离子注入条件是不同的)。通过使用Bi:GaAs作为调Q元件进行被动调Q对照实验和开孔Z扫描实验,对不同样品材料的激光输出特性和相应的非线性吸收测量结果的差异的分析,分析Bi掺杂的砷化镓材料和纯GaAs材料的非线性光学特性的差异。具体的工作内容有:(1)介绍了 Bi掺杂的砷化镓材料的研究现状和这种材料在1064nm下的非线性吸收特性。使用中科院半导体所的离子注入设备,设置三种不同的条件将Bi掺杂到纯砷化镓材料内。成功的实现了不同离子注入条件的掺Bi砷化镓和纯砷化镓材料单独作为调Q器件,1μm波段下二极管泵浦的Nd:YV04固态激光器的被动调Q运转,对每种样品调Q后输出的激光脉冲的参数进行了对照分析。证明将Bi注入到砷化镓后,提升了砷化镓在1064nm处的饱和吸收表现。同时也分析得出注入深度和注入剂量对提升纯GaAs的饱和吸收表现的影响效果的差异,即在相同注入能量下(此时离子在样品内分布基本相同),掺入的Bi越多,饱和吸收特性提升的越多。掺入的Bi离子的数量相同时,将Bi注入的越深,饱和吸收特性提升越明显。(2)介绍了开孔Z扫描技术实验原理。选取在调Q实验中,输出的激光脉冲最窄、峰值功率最高的Bi:GaAs样品,采用1064nm的纳秒脉冲激光和飞秒脉冲激光作为激发光,对Bi:GaAs样品进行了开孔Z扫描实验,测量出Bi:GaAs样品的饱和光强及双光子吸收系数。在分析相应的实验数据后,得出材料在纳秒脉冲激光照射下,Bi:GaAs样品的可饱和吸收能量区域更宽,反饱和吸收阂值更高,为Bi的掺杂优化了 GaAs的非线性吸收特性提供了直接证据;掺Bi砷化镓材料在飞秒激光下大的调制深度,表明它在红外波段是一种优良的光限幅材料。
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：O437
【图文】：

单光束

图２．１单光束２扫描实验装置｜３４］逡逑

变化图,掺杂分布,掺杂位置,注入能量

逦２０００邋Ａ逡逑图３．１邋５５０ｋｅＶ注入能量下Ｂｉ的掺杂分布图逡逑Ｂｉ的掺杂位置分布与的关系则如所示，从图３．１中可以看出，Ｂｉ的分布在材逡逑料表面的深度与离子束的能量成线性变化。如果注入时将能量设为３００ｋｅＶ时，Ｂｉ逡逑分布在距离ＧａＡｓ材料表面约５６ｎｍ处；能量设为５５０ｋｅＶ时，Ｂｉ分布在距离ＧａＡｓ逡逑材料表面约９０ｎｍ处。逡逑１００－逡逑８０－逡逑｝ｅｏ：逡逑１４０逡逑２０－邋Ｚ逡逑0邋１００逦２００逦３００逦４００逦５００逦６００逡逑Ｅｎｅｒｇｙ邋（ｋｅＶ）逡逑图３．２邋Ｂｉ的掺杂分布深度随离子注入能量的变化图逡逑根据上述模拟，为了更好的研宄分析Ｂｉ的掺杂对ＧａＡｓ材料非线性的影响，逡逑我们制备了三种不同的Ｂｉ：邋ＧａＡｓ材料，且均在７００°Ｃ下持续６０秒的处理条件下进逡逑１７逡逑

变化图,掺杂分布,离子注入能,变化图

逦－邋Ｔａｒｇｅｔ邋Ｄｅｎｔｈ邋－逦２０００邋Ａ逡逑图３．１邋５５０ｋｅＶ注入能量下Ｂｉ的掺杂分布图逡逑Ｂｉ的掺杂位置分布与的关系则如所示，从图３．１中可以看出，Ｂｉ的分布在材逡逑料表面的深度与离子束的能量成线性变化。如果注入时将能量设为３００ｋｅＶ时，Ｂｉ逡逑分布在距离ＧａＡｓ材料表面约５６ｎｍ处；能量设为５５０ｋｅＶ时，Ｂｉ分布在距离ＧａＡｓ逡逑材料表面约９０ｎｍ处。逡逑１００－逡逑８０－逡逑｝ｅｏ：逡逑１４０逡逑２０－邋Ｚ逡逑0邋１００逦２００逦３００逦４００逦５００逦６００逡逑Ｅｎｅｒｇｙ邋（ｋｅＶ）逡逑图３．２邋Ｂｉ的掺杂分布深度随离子注入能量的变化图逡逑根据上述模拟，为了更好的研宄分析Ｂｉ的掺杂对ＧａＡｓ材料非线性的影响，逡逑我们制备了三种不同的Ｂｉ：邋ＧａＡｓ材料，且均在７００°Ｃ下持续６０秒的处理条件下进逡逑１７逡逑

【参考文献】