超快光譜Z掃描技術是一種結合超快激光脈沖和非線性光學效應的實驗方法，常用于表征材料的光學非線性特性及其動態過程。

導語

在納米材料的世界里，量子點因其獨*的光電特性被譽為“未來光電子技術的基石”。科研團隊在《The Journal of Physical Chemistry》發表的研究中，通過Z掃描技術精準“解碼”了不同溶劑對硫化鉛（PbS）量子點非線性光學性質的調控機制，為高性能光子器件的設計開辟新思路！

研究亮點

1. 溶劑的“隱形之手”

甲苯、正己烷、四氯化碳三種分散劑中，甲苯分散的PbS量子點晶體結構*完*（HRTEM圖像顯示無晶格畸變），非線性折射系數γ高達-2.377×10?1? cm2/W，性能碾壓其他溶劑！

2. Z掃描技術：非線性光學的“精準標尺”

飛秒激光+單光束Z掃描（圖4-9），同步捕捉非線性吸收與折射，揭示激光功率與溶劑協同影響量子點性能的深層規律。

3. 突破性發現

高功率下（5 mW），四氯化碳分散的量子點因晶格畸變導致Z掃描數據失真，而甲苯樣品仍穩定輸出可靠結果，驗證材料均勻性對測量至關重要。

Z掃描裝置：如何“透視”量子點的光學密碼？

工作原理

• 雙模式：通過開孔（測吸收）和閉孔（測折射）探測器，僅需移動樣品位置（Z軸），即可提取非線性系數β和γ（圖4a）。

• 飛秒激光（脈寬130 fs，重復頻率76 MHz）確保超快時間分辨率，避免熱效應干擾，數據更純凈。

技術優勢

高靈敏度：在低至1 mW功率下仍能捕捉微弱非線性信號（圖7），適配納米材料低功耗特性。

抗干擾設計：通過對照實驗排除溶劑本身影響（如甲苯單獨測試無信號），確保數據僅反映量子點特性。

關鍵數據：溶劑與功率的“博弈”

非線性折射系數γ

功率影響

• 甲苯樣品：功率從1 mW升至5 mW，γ保持穩定（圖5），驗證其結構穩定性。

• 四氯化碳樣品：功率≥2 mW時，Z掃描曲線嚴重畸變（圖6），數據不可靠。

為什么甲苯是“*優解”？

• 甲苯分子與量子點表面作用溫和，促進均勻成核，減少晶格缺陷（HRTEM圖1 vs 圖2/3），為非線性效應提供完*載體。

應用前景：從實驗室到產業

光開關與調制器：高γ值的甲苯分散量子點可制成低功耗、高速響應的全光開關，提升光通信速率。
非線性光子器件：與光纖或硅基芯片集成，開發超緊湊光頻轉換器、光學限幅器等。
精準檢測：Z掃描技術為納米材料光學特性提供標準化評測方案，助力新材料研發。

挑戰與突破

測量陷阱：高功率激光可能激發熱效應或晶格畸變（如四氯化碳樣品），導致數據失真。

解決方案：

1. 優選分散劑：甲苯兼顧結構穩定與測量準確性。

2. 功率適配：根據材料特性選擇激光功率，平衡信噪比與干擾風險。

總結與展望

Z掃描技術如同一把“光學手術刀”，精準剖析了溶劑與量子點性能的關聯。未來，團隊計劃拓展該技術至其他納米材料（如鈣鈦礦量子點），并探索量子點-光子晶體集成器件，推動光電子技術的實用化進程。

論文信息：Hui Cheng et al., J. Phys. Chem. C (2015)

卓立漢光最新推出了MAPS-Zscan系列測量三階光學非線性的Z掃描系統，系統集成度高，占地面積小，軟件采取全電動化設計，一鍵全自動測量，可用于下述應用實驗中，歡迎垂詢。

1.材料表征

• 非線性材料研究：如半導體（GaAs、ZnO）、有機材料、二維材料（石墨烯、過渡金屬硫化物）的非線性響應。

• 納米光子學：探測等離激元共振、量子點、納米結構的非線性增強效應。

• 超快動力學：研究電子激發弛豫、相干聲子振蕩、等離子體振蕩等超快過程。

2. 光學器件設計

• 自聚焦/自散焦材料：用于光束整形、光學限幅器、光開關等器件開發。

• 光存儲與光通信：評估材料在高速光信號處理中的非線性特性，如全光開關的響應速度。

3. 生物醫學應用

• 多光子成像：雙光子吸收特性可用于活體組織成像，提高成像深度和分辨率。

• 光動力治療：研究光敏劑的三重態激發效率，優化治療參數。

免責說明

北京卓立漢光儀器有限公司公眾號所發布內容（含圖片）來源于原作者提供或原文授權轉載。文章版權、數據及所述觀點歸原作者原出處所有，北京卓立漢光儀器有限公司發布及轉載目的在于傳遞更多信息及用于網絡分享。

如果您認為本文存在侵權之處，請與我們聯系，會第一時間及時處理。我們力求數據嚴謹準確， 如有任何疑問，敬請讀者不吝賜教。我們也熱忱歡迎您投稿并發表您的觀點和見解。