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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。

  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+:

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