超快光譜Z掃描技術(shù)是一種結(jié)合超快激光脈沖和非線性光學(xué)效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)方法，常用于表征材料的光學(xué)非線性特性及其動(dòng)態(tài)過(guò)程。

導(dǎo)語(yǔ)

在納米材料的世界里，量子點(diǎn)因其獨(dú)*的光電特性被譽(yù)為“未來(lái)光電子技術(shù)的基石”?？蒲袌F(tuán)隊(duì)在《The Journal of Physical Chemistry》發(fā)表的研究中，通過(guò)Z掃描技術(shù)精準(zhǔn)“解碼”了不同溶劑對(duì)硫化鉛（PbS）量子點(diǎn)非線性光學(xué)性質(zhì)的調(diào)控機(jī)制，為高性能光子器件的設(shè)計(jì)開(kāi)辟新思路！

研究亮點(diǎn)

1. 溶劑的“隱形之手”

甲苯、正己烷、四氯化碳三種分散劑中，甲苯分散的PbS量子點(diǎn)晶體結(jié)構(gòu)*完*（HRTEM圖像顯示無(wú)晶格畸變），非線性折射系數(shù)γ高達(dá)-2.377×10?1? cm2/W，性能碾壓其他溶劑！

2. Z掃描技術(shù)：非線性光學(xué)的“精準(zhǔn)標(biāo)尺”

飛秒激光+單光束Z掃描（圖4-9），同步捕捉非線性吸收與折射，揭示激光功率與溶劑協(xié)同影響量子點(diǎn)性能的深層規(guī)律。

3. 突破性發(fā)現(xiàn)

高功率下（5 mW），四氯化碳分散的量子點(diǎn)因晶格畸變導(dǎo)致Z掃描數(shù)據(jù)失真，而甲苯樣品仍穩(wěn)定輸出可靠結(jié)果，驗(yàn)證材料均勻性對(duì)測(cè)量至關(guān)重要。

Z掃描裝置：如何“透視”量子點(diǎn)的光學(xué)密碼？

工作原理

• 雙模式：通過(guò)開(kāi)孔（測(cè)吸收）和閉孔（測(cè)折射）探測(cè)器，僅需移動(dòng)樣品位置（Z軸），即可提取非線性系數(shù)β和γ（圖4a）。

• 飛秒激光（脈寬130 fs，重復(fù)頻率76 MHz）確保超快時(shí)間分辨率，避免熱效應(yīng)干擾，數(shù)據(jù)更純凈。

技術(shù)優(yōu)勢(shì)

高靈敏度：在低至1 mW功率下仍能捕捉微弱非線性信號(hào)（圖7），適配納米材料低功耗特性。

抗干擾設(shè)計(jì)：通過(guò)對(duì)照實(shí)驗(yàn)排除溶劑本身影響（如甲苯單獨(dú)測(cè)試無(wú)信號(hào)），確保數(shù)據(jù)僅反映量子點(diǎn)特性。

關(guān)鍵數(shù)據(jù)：溶劑與功率的“博弈”

非線性折射系數(shù)γ

功率影響

• 甲苯樣品：功率從1 mW升至5 mW，γ保持穩(wěn)定（圖5），驗(yàn)證其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。

• 四氯化碳樣品：功率≥2 mW時(shí)，Z掃描曲線嚴(yán)重畸變（圖6），數(shù)據(jù)不可靠。

為什么甲苯是“*優(yōu)解”？

• 甲苯分子與量子點(diǎn)表面作用溫和，促進(jìn)均勻成核，減少晶格缺陷（HRTEM圖1 vs 圖2/3），為非線性效應(yīng)提供完*載體。

應(yīng)用前景：從實(shí)驗(yàn)室到產(chǎn)業(yè)

光開(kāi)關(guān)與調(diào)制器：高γ值的甲苯分散量子點(diǎn)可制成低功耗、高速響應(yīng)的全光開(kāi)關(guān)，提升光通信速率。
非線性光子器件：與光纖或硅基芯片集成，開(kāi)發(fā)超緊湊光頻轉(zhuǎn)換器、光學(xué)限幅器等。
精準(zhǔn)檢測(cè)：Z掃描技術(shù)為納米材料光學(xué)特性提供標(biāo)準(zhǔn)化評(píng)測(cè)方案，助力新材料研發(fā)。

挑戰(zhàn)與突破

測(cè)量陷阱：高功率激光可能激發(fā)熱效應(yīng)或晶格畸變（如四氯化碳樣品），導(dǎo)致數(shù)據(jù)失真。

解決方案：

1. 優(yōu)選分散劑：甲苯兼顧結(jié)構(gòu)穩(wěn)定與測(cè)量準(zhǔn)確性。

2. 功率適配：根據(jù)材料特性選擇激光功率，平衡信噪比與干擾風(fēng)險(xiǎn)。

總結(jié)與展望

Z掃描技術(shù)如同一把“光學(xué)手術(shù)刀”，精準(zhǔn)剖析了溶劑與量子點(diǎn)性能的關(guān)聯(lián)。未來(lái)，團(tuán)隊(duì)計(jì)劃拓展該技術(shù)至其他納米材料（如鈣鈦礦量子點(diǎn)），并探索量子點(diǎn)-光子晶體集成器件，推動(dòng)光電子技術(shù)的實(shí)用化進(jìn)程。

論文信息：Hui Cheng et al., J. Phys. Chem. C (2015)

卓立漢光最新推出了MAPS-Zscan系列測(cè)量三階光學(xué)非線性的Z掃描系統(tǒng)，系統(tǒng)集成度高，占地面積小，軟件采取全電動(dòng)化設(shè)計(jì)，一鍵全自動(dòng)測(cè)量，可用于下述應(yīng)用實(shí)驗(yàn)中，歡迎垂詢。

1.材料表征

• 非線性材料研究：如半導(dǎo)體（GaAs、ZnO）、有機(jī)材料、二維材料（石墨烯、過(guò)渡金屬硫化物）的非線性響應(yīng)。

• 納米光子學(xué)：探測(cè)等離激元共振、量子點(diǎn)、納米結(jié)構(gòu)的非線性增強(qiáng)效應(yīng)。

• 超快動(dòng)力學(xué)：研究電子激發(fā)弛豫、相干聲子振蕩、等離子體振蕩等超快過(guò)程。

2. 光學(xué)器件設(shè)計(jì)

• 自聚焦/自散焦材料：用于光束整形、光學(xué)限幅器、光開(kāi)關(guān)等器件開(kāi)發(fā)。

• 光存儲(chǔ)與光通信：評(píng)估材料在高速光信號(hào)處理中的非線性特性，如全光開(kāi)關(guān)的響應(yīng)速度。

3. 生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用

• 多光子成像：雙光子吸收特性可用于活體組織成像，提高成像深度和分辨率。

• 光動(dòng)力治療：研究光敏劑的三重態(tài)激發(fā)效率，優(yōu)化治療參數(shù)。

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