ZnO纳米材料具有诸多优异性能,凭借其多种形貌的纳米结构,在制备气敏传感器件、光电器件和太阳能电池等方面具有广泛的应用。由于ZnO纳米材料自身具有本征缺陷,从而限制了它的应用领域,我们可以通过掺入一些金属材料来改善ZnO纳米材料的光、电、磁、催化等方面的性能。Ce元素从发现至今都具有很好的光学性能,例如提高光的转化率、用做打火石、作为玻璃添加剂吸收紫外线和红外线等。本文通过射频-直流共溅射实验技术制备了Ce掺杂ZnO（CZO）纳米薄膜材料,研究实验参量对样品表面形貌、光学吸收、结构组分、化学价态的影响。采用fs Z-scan技术研究CZO薄膜的非线性吸收特性,及其非线性吸收的物理机制。首先,采用磁控溅射技术,调控实验参量获得CZO薄膜材料,研究材料结构、形貌、组分与实验参量的依赖关系。研究结果表明,通过调控溅射时间会影响薄膜的厚度,随着溅射时间的增加薄膜变厚,溅射时间为60min时,薄膜厚度约为100nm;通过控制直流溅射功率会影响CZO纳米薄膜的表面形貌,CZO薄膜的表面形貌在低功率下出现团簇现象,并且在高功率时团簇现象消失;通过改变衬底温度会影响CZO纳米薄膜的结晶质量,沉底温度越高,薄膜的结晶质量越好,这归因于薄膜的吸附物质表面扩散增加。其次,对材料的晶体形貌结构和化学组分进行表征分析,通过光电子能谱证实了Ce离子存在于ZnO晶格中,得知Ce元素以Ce³⁺、Ce⁴⁺共存的形式存在于CZO薄膜中。对CZO材料的拉曼光谱特征峰进行分析,得知物质的振动转动能级情况,确定了每个峰位的特征模式,从而证实了官能团的存在。再次,对CZO薄膜材料的线性紫外-可见光吸收光谱及带隙结构进行了研究。通过运用吸收光谱计算得到不同溅射功率下CZO薄膜的带隙值分别为3.30,3.30,3.28,3.26和3.29 eV,与未掺杂的ZnO膜相比,Ce的掺入导致ZnO材料吸收波长蓝移。随着Ce掺杂浓度的变大,带隙先变小后变大,吸收带边缘先红移再蓝移。最后,采用飞秒Z扫描技术对CZO薄膜的非线性吸收特性进行研究,获得非线性吸收系数,揭示其物理机制。讨论了直流溅射功率和激光强度对CZO薄膜非线性光学吸收性能的影响。研究结果表明,CZO薄膜显示出饱和吸收（SA）或反饱和吸收（RSA）行为。并且CZO薄膜的非线性吸收机制由SA转化为RSA。在不同的激光激发强度下,直流溅射功率为25 W的CZO薄膜的非线性吸收机制是TPA诱导的RSA。此外,结果表明CZO薄膜的非线性吸收系数的数量级为10^-8m/W。终上所述,通过对CZO薄膜材料的表面形貌、结构组分、线性吸收及非线性吸收的分析得知,在特定实验参量下CZO薄膜的非线性吸收系数较大,故CZO纳米薄膜是进一步光电器件应用的有希望的候选者,为光学开关、光限幅、光通讯和集成光学等领域的应用提供了重要的实验依据。