學位論文
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Item Z掃描系統量測大面積異質結構二維材料之非線性光學特性(2023) 黃瀚民; Huang, Han-Min本研究利用Z掃描系統研究石墨烯轉印到氧化銦錫薄膜上的異質結構飽和吸收體(saturable absorber)之非線性光學效應，過去已有諸多文獻表明，飽和吸收體對於超快脈衝雷射的鎖模與脈衝塑形皆有很大的幫助，但也對飽和吸收器樣品表面的品質有極高的要求，所以我們將單點的Z掃描量測系統改良，透過電控元件將Z掃描系統架設成可自動量測大面積二維材料或薄膜的自動Z掃描系統。實驗使用飛秒級超快脈衝雷射、波長為800 nm的Ti-sapphire雷射入射至氧化銦錫薄膜及轉印上單層石墨烯的飽和吸收體，並透過固定式的衰減片改變雷射脈衝的能量來進行實驗，觀察樣品在不同光強度下的光學非線性效應。由實驗結果分析上述樣品的飽和強度(I_s)、雙光子吸收(β)與非線性折射率(n_2)等非線性參數值，尖鋒功率在1到26 GW/cm2的光強度下輸入至樣品，氧化銦錫薄膜的飽和強度的範圍在3到60 GW/cm2，在轉印上單層石墨烯後減少至0.3到7 GW/cm2，相較於氧化銦錫薄膜的飽和強度小了約一個級距，並發現雙光子吸收的影響極小，範圍約在10-14 cm/W左右。因此，達到飽和吸收大部份是由單光子吸收主導，而非線性折射率會隨著入射能量的增強而逐漸減小，範圍在10-12 到10-14 cm2/W。確認單點的非線性效應後，我們對石墨烯/氧化銦錫進行二維的大面積抽測(4*4 mm)及每點間隔75 um的二維掃描實驗，在尖峰強度7.84 GW/cm2的光強度下，飽和強度約落在1.2到50 GW/cm2，之所以會比單點量測的飽和強度大，是因為石墨烯在轉印過程中出現的破損或皺褶所導致的，非線性折射率在10-13 到10-14 cm2/W，與單點量測的係數在相同範圍內，顯示出樣品的均勻度對折射率的影響較小，藉由此方法能夠精確的定位掃描的範圍，有助於大面積且系統性地研究其光學特性。