【摘 要】
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嵌有金属纳米颗粒(NPs)的纳米复合材料因其独特的线性和非线性光学性质,在超快光开关、光信息存储、光通讯、光传感、光波导等诸多领域展示出广阔的应用前景。在合成纳米复合材料的技术中,离子注入由于其能量可控、剂量可调的优点而引起广泛关注。本论文围绕Zn、Ag离子单独注入或顺次注入Nd:YAG和Nd:GGG单晶材料诱导的纳米颗粒形成、结构及其光学性质的变化展开了研究。主要的研究内容及结果如下:(1)采用
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嵌有金属纳米颗粒（NPs）的纳米复合材料因其独特的线性和非线性光学性质,在超快光开关、光信息存储、光通讯、光传感、光波导等诸多领域展示出广阔的应用前景。在合成纳米复合材料的技术中,离子注入由于其能量可控、剂量可调的优点而引起广泛关注。本论文围绕Zn、Ag离子单独注入或顺次注入Nd:YAG和Nd:GGG单晶材料诱导的纳米颗粒形成、结构及其光学性质的变化展开了研究。主要的研究内容及结果如下:（1）采用Zn、Ag离子单独或顺次注入Nd:YAG单晶构造新型Ag NPs/Nd:YAG纳米复合材料,其中Zn离子选用70 ke V的注入能量和3×1016、5×1016 cm-2两种注入剂量,而Ag离子选用120 ke V的注入能量和5×1016 cm-2的注入剂量。结合后续N2气氛下的退火,研究Zn离子的预注入对所形成的纳米复合材料结构和光学性质的影响。结果表明Zn和Ag离子顺次注入的Nd:YAG单晶可在468 nm处呈现出强烈的等离子共振吸收峰（SPR）,同时展现出显著增强的三阶非线性光学响应,且线性和非线性光学性质均随着预注入Zn离子剂量的增加而增强。对于剂量均为5×1016 cm-2的Zn、Ag离子顺次注入的晶体,晶体中形成了较大尺寸,窄分布的Ag NPs和Ag-Zn共溶体。结合后续700℃退火,基底中的Ag-Zn共溶体消失,Ag NPs尺寸变大、分布变宽、结晶质量变好,相应的SPR吸收峰最强且三阶非线性极化系数最大。而且,我们构造的Ag NPs/Nd:YAG复合材料的非线性光学吸收系数达到了纯Nd:YAG晶体的107倍。（2）结合横截面透射电子显微镜（XTEM）和卢瑟福背散射沟道谱的结果,我们发现单Ag离子和Zn、Ag离子顺次注入的Nd:YAG晶体均出现了非晶化现象。经过700℃退火后,Zn、Ag离子顺次注入的晶体中非晶-晶体交界面处发生外延生长,非晶层的厚度减小了～10 nm。（3）选用能量为70 ke V,剂量为3×1016和5×1016 cm-2的Zn离子和能量为120 ke V,剂量为5×1016 cm-2的Ag离子单独或顺次注入Nd:GGG晶体中,研究所形成的纳米复合材料的光学性质。结果发现,相比于单Ag注入的样品,高剂量的Zn、Ag离子顺次注入的Nd:GGG晶体展现出增强的SPR峰和三阶非线性光学响应,且样品的非线性吸收系数随着激光脉冲能量的增加而增大,呈现出饱和吸收性质。此外,在300℃热处理后,样品的SPR吸收峰值达到最强。
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