1、卷第期第年月強激光與粒子束，（）文章編號：水溶性量子點的雙光子吸收劉麗煒，李鈺，胡思怡，陶海巖，陳桂波，譚欣，張喜和（）長春理工大學理學院，長春、：脈寬重復頻率、的放大飛秒激光器作為激發光摘要：采用激發波長：源，利用開孔掃描技術研究了不同粒徑的同一生量子點的非線性吸收性質。理論計算結果表明，：其雙光子吸收系數隨量子點尺寸的減小長時間量子點的雙光子吸收系數是量子點的倍，：這是由于摻雜了減小了表面缺陷濃度，表明而增大，量子點非線性吸收屬于反飽和吸收，元素，摻雜量子點具有很好的雙光子吸收現象。關鍵詞：量子點；掃描；雙光子吸收；吸收光譜；量子尺寸：文獻標志碼：中圖分類號：受激光激發后可以發射熒光，當其

2、尺寸接近波耳半徑時，其非線性光學性，量子點的粒徑一般為。量子點材料具有激發光譜窄、。激發波長連續分布、光化學穩定性好等特征質會表現出許多新的特性近年來，半導體量子點的非線性光學特性已引起人們的關注，對其非線性的研究在不斷深入。等人分別計算了發現和量子點的雙光子吸收截面和三光子吸收截面，量子點雙光子吸?；诹孔有战孛婧腿庾游战孛娑急缺逗捅读孔狱c在太陽能電池、塊體材料增大發光器件、光學生物標記等領域具有很大的應用前景，因此深入探討量子點的非線性光學特性具有重要意。目前，：義對發光機制、光學特性等方面的報道很多，但對非線性研究報道量子點在合成步驟、。本文理論與實驗相結合，：相對較少闡述了測

3、試了量子點制備過程，量子點的吸收、：發射光譜及射線衍射圖，研究了對其光學量子點在飛秒激光激勵下的雙光子吸收現象，通過實驗測得數據及理論計算，獲得了種不同粒徑量子點的雙光子吸收系數和吸收非線性特性進行了討論，橫截面積。實驗：量子點的制備。首先將，粉和高純水的混實驗樣品硼氫化鈉；合溶液加入密閉反應瓶中，常溫下以直至溶液顏色變至無色，將速度攪拌，粉被還原成，然）高純水的三叉瓶中攪拌，巰基丙酸（和溶液加入裝有后用繼續攪拌并向混合溶液中注入先前制備的將將混合溶液的值調節到，溶液，溶液攪拌加熱至得到粒徑均勻的摻雜樣品濃度為，元素的量子點，。分別選取生：長時間為，的，作為測試樣品。：放大掃描實驗激發光源為，

4、激光器，激發波長為脈寬重復，。入射光經衰減片后，頻率為用透鏡（聚焦處，將裝有樣品的比色）皿（固定在電動平臺上，步長厚）沿軸在焦點前后移動，用，公司生產的能量計收集能量。實驗裝置如圖所示，圖實驗裝置圖；收稿日期：修訂日期：）；吉林省科技廳項目（）基金項目：國家自然科學基金項目（），；。作者簡介：劉麗煒（女講師主要從事納米光子學研究第期：劉麗煒等：水溶性量子點的雙光子吸收所有實驗均在室溫下進行。結果與討論：量子點的特性表征：吸收峰分別為量子點的吸收光譜圖，。圖所示為種不同粒徑的通過測量的吸收光譜和經驗公式可以估算量子點的核直徑（）×××式中：是波長。均小于體相激子波耳

5、半徑，屬于強量子，計算得到量子點的尺寸分別為限制尺寸范圍。：量子點的吸收峰主要位于紫外區域，量子點的吸收峰隨著尺寸的從圖可以看出，增加發生明顯紅移，吸收強度明顯下降，這主要是量子尺寸效應作用的結果。當半導體材料從體相減小到相應材料的激子波耳半徑時，電子和空穴的運動受到量子封閉性的限制，導致相應的電子結構從連續能帶結構變成能隙增寬，粒子躍遷所吸收的能量也增加，從而隨著量子尺寸的減小，吸收峰向短波方向移動，分立能級結構，會出現藍移現象。由于粒子尺寸分布和表面缺陷的存在，吸收邊附近出現長尾。由圖可知，種樣品對是非共振吸收。的波長激光吸收很小，發射光譜的激發波長為。由圖可以看出，種樣品在，圖為量子點發

6、射光譜圖，和吸收譜類似，隨著生長時間的增加，量子點尺寸也在增長，發射光譜強度降，處出現強的熒光峰，熒光峰發生明顯紅移，呈現出先快后慢的趨勢。由圖還可以看出激子發射較寬，且激子發射峰較吸收峰低，有較大的是由于摻雜了錳元素，雜質能激發光引起的。位移，：圖量子點的吸收光譜圖：圖量子點發射光譜圖：圖為量子點的射線衍射圖，射：線波長為，納米晶有個衍射峰，），（），在和處，分別對應立方晶系的（°°°（三個界面。與）納米晶系的衍射譜相比，：。在納米晶的衍射峰往高角度移動掠射角左右，有第二峰值，可以證明°元素的存在。：通過可以用納米晶的衍射圖，公式計算粒子大小（）（）：

7、圖量子點的圖樣式中：波長；是是衍射角。通過是半峰寬度；計算，樣品粒子大小為和吸收峰計算的粒子大，小相差無幾。：量子點的雙光子吸收可以得到量子點的雙光子吸收系數為根據掃描原理，強激光與!粒子束第卷（）有，對于!（）（）（）（）（，式中：其中是激光束照射在焦點處的激光強度，是雙光子吸收系數，（）（）是被測樣品的長度。是樣品的有效長度，是線性吸收率，：樣品和樣品進行了開孔掃描測量。種量子實驗分別對種不同吸收波長的點的吸收峰分別為粒子尺寸分別為，。：其他樣品圖與其類圖所示為和的軸焦點處附近的開孔掃描的實驗數據圖，：似。圖是隨粒子尺寸的變化。從圖可以看樣品和樣品在焦點附近的最大吸收率（）量子點的透射率明

8、顯減少，并伴有明顯的非線性吸收。出靠近聚焦點的位置，圖量子點的開孔掃描曲線可以忽略樣實驗使用的脈沖激光器重復頻率不高，。歸一化透過率曲線是類似于以品表面的熱效應表明量子點溶液對激光存在非線為中心的對稱谷，性吸收，用純水作為參考樣品在相同條件下測量，曲線為一條直線，說明純水沒有吸收，該吸收來自于量子：點溶液，可以看出量子點的雙光子吸收增強是由量子尺寸效應引起的。隨著粒子尺寸的增加，量子點的透過率逐漸減小，呈現出一個谷，主要是由反飽和吸收引起的，即由激發態能級躍遷所產生的非線性吸收，基態與激發態能級都能吸收泵浦光電場的頻率一定的光。子。分子激發態的吸收截面大于基態的吸收截面圖最低點吸收隨尺寸的變化

9、實驗使用的激光波長為由吸收譜可知量子點對屬于非共振吸收區，是一種被動，光吸收很小，的非線性過程，對飛秒脈沖激光也有較好的響應。因為激發光波長都大于樣品吸收峰波長，所以樣品的反飽和吸收是由雙光子吸收引起的。由于實驗裝置的誤差，可以看作是類似對稱的，最低點在處。雙光子吸收系數實驗數據如圖所示，）通過開孔掃描數據與公式（得到，結果表明理論曲線與實驗曲線相匹配。雙光子吸收橫截面面積是光學材料性能的重要參數。雙光子吸收系數和橫截面積（）式中：是濃度；是量子點溶液中所含有的分子數。代入數值即可求出對應的是入射光能量；值。：量子點比量雙光子吸收系數和雙光子吸收橫截面面積計算結果列于表。由結果可知，：子點具有

10、更大的雙光子吸收吸收和雙光子吸收橫截面面積。量子點具有更好的非線性光學性質。第期：劉麗煒等：水溶性量子點的雙光子吸收：表和量子點的雙光子吸收系數和雙光子吸收橫截面面積：（·）·）結論：量子點的非線性吸收性質，量子點與量子點相比具有更好的雙光本文研究了：更大的雙光子吸收橫截面面積。反飽和吸子吸收效應、量子點的非線性光學吸收屬于反飽和吸收，收可以應用于制成限幅器，避免短脈沖激光的損傷，用來保護眼睛或者探測器。隨著量子點尺寸的減少，雙光子吸收橫截面面積增加。這些良好的非線性效應可以在全光光開關，光限幅器件上有更好的應用。參考文獻：，：，：，（）：，），（）：，：，：，）：，（）：，：，（）：，：（梁建功，韓鶴友不同巰基試劑修飾的光譜學與光譜分析，量子點與相互作用研究，（）馬金杰，（）：），（）：，：王小慧，杜予民，等生物大分子雜化處理的物理學報，核殼量子點多層膜的超快三階非