直接和间接带隙晶体中非线性吸收系数的系统研究

非线性光学 (NLO) 材料在信息技术和工业应用中发挥着至关重要的作用。近年来， NLO 材料性能的提升促进了非线性光学应用方面的发展。为了满足宽透明范围、快速响应和高损伤阈值等应用的技术要求，开发具有大非线性的材料成为了研究热点。

本文重点研究了两种不同类型的半导体晶体：直接带隙半导体氮化镓 (GaN) 和间接带隙半导体碘化镉 (CdI2)。

GaN 具有 3.39 电子伏特的宽带隙，使其在光电子学、高功率和高频率器件应用中展现出独特的性能。然而，GaN 的许多基本物理参数仍有待深入研究。在 GaN 中，二光子和三光子吸收等非线性光学过程可能导致氮化物基光电子学中的光功率限制和光损伤。

CdI2 是一种宽间接带隙半导体材料，带隙为 3.2 电子伏特。由于其在光电池、X 射线和 γ 射线探测器等半导体材料探测器中的潜在应用，其光学特性近年来备受关注。

在超快器件领域，宽直接和间接带隙半导体是计算非线性吸收参数的理想候选材料。Z 扫描方法已被用于测量许多直接带隙晶体的非线性光学参数。然而，由于晶格振动和载流子浓度使得计算更加复杂，因此缺乏对间接带隙晶体中非线性参数的测量。

本文采用纳秒和皮秒基频和倍频 Nd:YAG 激光器，通过开孔 Z 扫描技术，系统研究了 GaN（直接带隙）和 CdI2（间接带隙）晶体中非线性强度依赖性光吸收系数。结果表明：

对于直接和间接带隙晶体，随着激光脉冲持续时间从 60 皮秒增加到 10 纳秒，非线性吸收系数值均有所增加。2. 对于 CdI2 间接带隙晶体，随着输入辐照度的增加，观察到从饱和吸收 (SA) 到二光子和三光子吸收的转变。

本研究为进一步理解直接和间接带隙晶体中的非线性光学特性提供了重要参考，并为开发基于这些材料的新型光电子器件提供了理论基础。