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非线性光学材料因其在信号处理、超快光通信、数据存储、光限幅器件、逻辑器件、光开关、图像传输和微加工等领域的应用而受到广泛的关注。目前,非线性光学材料的研究进展很大程度上取决于新的具有强非线性光学效应材料的发现以及对非线性光学性能的改进。铁电薄膜具有高的透过率、快的响应速度和大的非线性光学系数,是一类优异的非线性光学材料,有望在未来应用于光子器件。本文利用单光束Z扫描方法测试了Bi3.15Nd0.85Ti3O12(BNT)铁电薄膜在飞秒激光作用下的超快三阶非线性光学性能,并对其非线性光吸收特性进行了调控,主要的研究工作和结果如下:1.飞秒激光单光束Z扫描测试系统的搭建为了研究BNT铁电薄膜的非线性光学性能,我们基于波长800 nm、脉宽300fs的钛宝石飞秒激光系统搭建了单光束Z扫描测试系统,并通过CS2标准样品和石英衬底的测试检验了系统的可靠性和稳定性。2.BNT薄膜的超快三阶非线性光学性能研究首先,采用溶胶-凝胶方法在石英衬底上制备了BNT薄膜,表征了其晶体结构和线性光学性能。结果显示,所制备的BNT薄膜呈a-轴择优取向生长,具有高的光学透过率和大的禁带宽度。然后,利用上述搭建的单光束Z扫描系统测试了BNT薄膜的非线性光吸收和光折射特性,发现BNT薄膜在飞秒激光作用下具有大的三阶非线性光学系数,其双光子吸收系数为1.15×102 cm/GW,三阶非线性折射率为-8.15×10-3 cm2/GW。分析认为,BNT薄膜的超快双光子吸收效应是一个间接的电子跃迁过程,其大的非线性光折射系数可能是电子极化和铁电极化共同作用的结果。3.BNT薄膜的三阶非线性光吸收特性的调控研究首先,采用脉冲激光沉积法在石英衬底上制备了不同厚度(106.8 nm,139.7nm和312.9 nm)的BNT薄膜,表征了其晶体结构和线性光学性能。结果显示,所制备的BNT薄膜呈c-轴择优取向生长;随着薄膜厚度的增加,禁带宽度从4.02eV减小到3.68 eV。然后,通过开孔Z扫描测试研究了薄膜厚度对BNT薄膜非线性光吸收特性的影响。发现,随着薄膜厚度的增加,BNT薄膜的非线性吸收从饱和吸收转变为反饱和吸收;随着薄膜厚度的进一步增加,其反饱和吸收性能增强。分析认为,BNT薄膜的三阶非线性光吸收转变可能是基态激发和双光子吸收之间竞争的结果,这种竞争可以通过禁带宽度和缺陷态浓度进行调控。