铝掺杂对用于光子器件应用的纳米结构CdS薄膜光致发光和三阶非线性光学性能的影响

摘要： 本研究报道了铝（Al）掺杂对CdS薄膜结构、形貌、光学及三阶非线性光学（NLO）性能的影响。采用喷雾热解技术在350℃玻璃基底上制备了纯CdS及Al掺杂CdS（Cd1-xAlxS，x=0、0.01、0.05和0.1）薄膜。X射线衍射（XRD）显示CdS薄膜为多晶六方结构且未受Al掺杂显著影响。场发射扫描电镜（FESEM）图像表明薄膜形貌良好。可见光区透射率约50%-60%，随掺杂浓度升高而降低；直接光学带隙从2.52 eV（未掺杂）降至2.38 eV（高Al掺杂）。室温光致发光（RTPL）光谱揭示Al掺杂导致带边发射呈现非线性行为。Z扫描技术（连续激光激发）测定三阶NLO特性：材料表现出强双光子吸收（2PA），非线性吸收系数β达10-4 cmW-1量级，非线性折射率n2约10-9 cm2W-1。Al掺杂使三阶NLO极化率从3.12×10-5 esu提升至6.36×10-5 esu。实验波长下测得薄膜具有光学限幅特性，表明Cd1-xAlxS是532 nm非线性光学器件及光功率限幅应用的潜在材料。