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InSb半导体薄膜被广泛用作超分辨结构(super-resolution structure)中的非线性掩膜层(mask layer)，并且具有很大的发展潜力。但是，在超分辨结构中激光和InSb薄膜的相互作用机理以及超分辨的原理仍然缺乏进一步的探究。 本论文利用磁控溅射方法制备InSb薄膜，并在其上沉积ZnS-SiO2介电层进行保护。经XRD分析发现沉积态InSb薄膜处于非晶状态，通过退火热处理得到晶态样品。利用椭圆偏振光谱仪对非晶态/晶态InSb薄膜(a-/c-InSb)的光学常数进行测量，分别得到在405 nm波长的线性折射率和线性吸收系数。采用纳秒脉冲激光作为光源，利用改进型Z-扫描装置，测量了a-/c-InSb薄膜在波长405 nm的激光作用下的非线性吸收系数和非线性折射率。 通过变温椭偏方法测试了a-/c-InSb薄膜折射率和消光系数随温度的变化，重点讨论了热效应对非线性吸收和非线性折射的贡献。通过对InSb半导体材料各种热学性质的测量，详细分析了其热膨胀和导热机理，为热致非线性大小的计算提供了准确的参数和物理意义。从热膨胀和带隙萎缩两个方面讨论了变温椭偏测量到的热光系数的物理来源。从带隙萎缩和导带电子、价带空穴占有率随温度的变化讨论了变温椭偏测量的吸收温度系数的物理来源。除了热效应，根据InSb薄膜的能带结构，探讨了电子效应对非线性吸收系数和非线性折射率的贡献，包括自由载流子吸收、电子跃迁和带填充效应。此外，Z-扫描实验中的InSb样品是薄膜，相当于二维量子阱结构，据此初步分析了量子限制效应对非线性的增强作用。最后，对非线性饱和吸收特性诱导的超分辨效应进行了理论模拟，分析了非晶态InSb薄膜的饱和吸收对透射光斑尺寸的缩减作用。 本论文主要内容包括以下几点: 1.采用改进的Z-扫描装置测量了a-/c-InSb样品在405 nm波长纳秒脉冲激光作用下的非线性吸收和非线性折射。结果表明a-InSb薄膜表现出饱和吸收和自聚焦特性，有效非线性吸收系数为-10-2m/W数量级，非线性折射率为+10-9m2/W数量级。而c-InSb薄膜表现出反饱和吸收和自聚焦特性，有效非线性吸收系数在+10-2m/W数量级，非线性折射率+10-9m2/W数量级。根据非线性吸收系数，计算了非线性吸收截面的大小为10-17cm2数量级，与相关文献报道非常接近。 2.对a-/c-InSb薄膜在405 nm波长的折射率和消光系数随温度的变化进行了变温椭偏测试。对于a-InSb薄膜，测量结果表明在290 K到430 K温度范围内（小于晶化温度），折射率随温度的升高而减小，线性拟合得到热光系数dn/dT=-3.314×10-4K-1，消光系数也随着温度的升高而逐渐减小，线性拟合得到dk/dT=-3.610×10-4K-1，换算为相应的吸收系数变化为dα/dT=-1.12×104m-1K-1。对于晶态InSb薄膜，在400 K到600 K温度围内，折射率随着温度的升高而增大，热光系数dn/dT=8.03×10-4K-1，消光系数随着温度的升高而减小，dk/dT=-1.25×10-3K-1，相应的吸收系数变化为dα/dT=-3.86×104m-1K-1。 3.对InSb半导体的几个主要热学性能进行了测量，包括热重、比热容、热扩散系数、热膨胀系数和热导率。结果表明比热容和热膨胀系数在温度升高的过程中几乎保持不变，热扩散系数和热导率随着温度的升高逐渐减小。分别讨论了声子、电子和光子辐射对热导率的贡献，发现在300 K到800 K温度范围内，声子热导率占据主导地位，这也是为什么热导率的实验结果随温度增加而减小的原因。与Sb基相变材料的热学参数进行对比，发现InSb的导热性能更加优越。这些结果为发展InSb器件提供了重要热学信息，也为研究热效应对非线性的贡献提供了有用的热学参数。 4.探究了InSb薄膜光学非线性的物理机理。分析表明非晶态InSb薄膜在405 nm波长的饱和吸收特性主要来源于纳秒脉冲激光作用下的热效应，而晶态InSb薄膜的反饱和吸收特性主要来源于自由载流子吸收导致的等效双光子吸收。a-/c-InSb薄膜的非线性折射特性是热致带隙萎缩和电子受激跃迁的载流子效应共同作用的结果。另外，带填充效应和量子限制效应对InSb薄膜的非线性也有贡献。 5.对饱和吸收特性诱导的超分辨效应进行理论模拟，结果表明非晶态InSb薄膜的透射光斑尺寸仅为入射光斑大小的44％。这些研究对突破衍射极限实现纳米尺寸信息存储具有重要的指导意义。