多孔硅复合非线性光学材料性质的研究

We have studied the photodynamical process and Raman spectra of PS. It was found that S-band luminescence comes from highly confined regions with a distribution of size. Quantum confinement increases the emission energy and the oscillator strength of the radiative transition, decreasing the radiative lifetime. Therefore, the most accepted luminescence mechanism at this time is associated with quantum confinement in the nc-Si formed in the PS by the anodization process. The presence of 3 nm size nanocrystallites is the size required by the confinement mechanisms to enlarge the band gap. On the other hand, in nonlinear optical experiments a key parameter to be measured is the nonlinear refractive index which is related to a variety of other NLO effects through the formalism of NLO susceptibilities. To study ultrafast nonlinear optical response on the.picosecond time scale plays an important role for practical NLO applications such as switching and modulation. In order to enhance nonlinear properties of PS even more, pores can be filled up with other more nonlinear materials.

本项目针对多孔硅自身的特点，提出在多孔硅孔隙中嵌入具有较强非线性光学性质的有机物和纳米金属颗粒，或者在多孔硅中注入离子，形成多孔硅复合体系增强其非线性光学效应；研究不同剂量和不同组分的嵌入材料对多孔硅微观形貌和非线性光学性质的影响；采用反射单光束扫描法测量研究多孔硅及复合物的非线性光学参数，这方法无需将多孔硅从衬底上剥离，不会损坏样品，并且测量结果的重复性较好；研究具有高的三阶非线性光学效应和快速响应的多孔硅基复合体系，用于制备硅基全光开关器件。本项目是一项创新性的课题，研究内容全部为非线性光学领域的新内容，这一研究将对开发快速响应、低成本的复合非线性光学材料有着重要学术意义和社会效益。

我们研究了多孔硅及复合物的非线性光学性质，探索具有较高的非线性光学效应和快速响应的多孔硅基复合体系，用于制备硅基全光开关器件。本项目在工艺参数实验和理论设计分析的基础上，制备了包括多孔硅Bragg反射镜、多孔硅微腔和稳定性很好的多孔硅三元结构在内的多孔硅一维光子晶体，对三种多孔硅光子晶体的结构进行了表征，分析了其三阶非线性光学特性与多孔硅光子晶体结构之间的关系。我们研究了注入能量为30 keV的的Ar+和N+，以及N+、Ar+联合分别以两种不同剂量注入单晶硅，而后电化学腐蚀制备成多孔硅，通过实验对比研究发现离子注入多孔硅对提高其三阶非线性效应有积极的作用。我们采用热CVD方法，制备出了TiO2/多孔硅复合体系材料，研究该复合体系的非线性光学效应，同时该项研究也为纳米TiO2材料的制备提供了借鉴和帮助。采用反射二次谐波研究单晶硅、多孔硅和多孔硅/纳米Ag粒子复合材料的二阶非线性光学效应。实验结果表明多孔硅和纳米Ag颗粒/多孔硅复合样品的表面二阶非线性效应较之单晶硅都比较弱，并没有增强其二阶非线性光学效应。这些将为制备具有强非线性光学效应的硅基材料提供重要的参考数据，由此提出的复合多孔硅材料作为新的非线性光学材料可用于先进光电器件的设计和制备。