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		三階非線性光學(xué)性質(zhì)的研究

　　自非線性光學(xué)誕生以來它一直受到人們重視, 三階非線性光學(xué)性質(zhì)的研究是非線性光學(xué)中的一個(gè)重要部分.探索新材料在非線性光學(xué)器件上應(yīng)用的基礎(chǔ)工作.主動(dòng)光學(xué)限幅器是一種能對激光強(qiáng)度進(jìn)行控制的用于維護(hù)光學(xué)傳感器和人眼免受激光損害的非線性光學(xué)器件,對它研究自激光誕生就開始了,并且隨著激光技術(shù)的發(fā)展,世界上許多國家對這一研究不時(shí)地投入越來越多的人力和財(cái)力.所以對材料的三階非線性光學(xué)性質(zhì)以及主動(dòng)光學(xué)限幅器的研究具有十分重要的意義.金屬有機(jī)化合物以及鐵電材料是近年來三階非線性光學(xué)資料研究的熱門領(lǐng)域,本文對這一領(lǐng)域中幾種新型的金屬有機(jī)化合物以及鐵電材料的三階非線性光學(xué)性質(zhì)和光限幅效應(yīng)進(jìn)行了研究,并在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了一種動(dòng)力學(xué)范圍很寬的可見光波段主動(dòng)光學(xué)限幅器.本文主要開展了如下幾個(gè)方面的研究工作,取得了若干創(chuàng)新性效果,并在國內(nèi)外重要刊物上發(fā)表10余篇相關(guān)學(xué)術(shù)論文.

　　研究了Ni-A zo薄膜、BTNP-SubPc薄膜、octa-PdPc溶膠凝膠、SBT和PT鐵電薄膜材料的三階非線性光學(xué)性質(zhì), 利用單光束Z-掃描技術(shù).得到新的實(shí)驗(yàn)結(jié)果和新的發(fā)現(xiàn)在非線性器件應(yīng)用上具有重要的意義.

　　表示出自散焦性質(zhì), 實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)鎳偶氮(Ni-A zo資料在非共振區(qū)用1.064μm38p激光脈沖照射下.并且存在雙光子吸收現(xiàn)象.而在共振區(qū)用532nm38p激光脈沖作用,表示出自聚焦性質(zhì),并且存在反飽和吸收現(xiàn)象.利用Z-掃描理論,得到非共振區(qū)在1.064μm波長38p條件下Ni-A zo溶液和薄膜的非線性折射率γ分別為3.910=m=／W和3.110=m=／W,三階非線性極化率的實(shí)部分別為1.310=esu和1.410=esu推導(dǎo)出了共振區(qū)非線性參數(shù)的計(jì)算公式,由這些公式得到532nm波長38p條件下Ni-A zo薄膜的激發(fā)態(tài)吸收截面=,激發(fā)態(tài)折射截面=,三階非線性有效折射系數(shù)n=≈4.4310=esu,與有效折射系數(shù)相對應(yīng)的三階非線性極化率實(shí)部Rex=≈9.0510=esu.就我所知,以前還沒有人對鎳偶氮材料的三階非線性作過報(bào)道.這部分工作發(fā)表在opticCommun刊物上.

　　1.064μm波長條件下, 實(shí)驗(yàn)測得三新戊氧基溴硼亞酞菁(BTNP-SubPc薄膜資料在皮秒脈沖激光下是自散焦介質(zhì).雙光子吸收系數(shù)為42cmGW,三階非線性折射系數(shù)γ為3.8410=(m=／W,三階非級性極化率x=的實(shí)部、虛部及絕對值的大小分別為6.2410=(mV=、5.7910=(mV=和8.5l10=(mV=.532nm波長條件下,激發(fā)態(tài)吸收截面σ=為3.410=cm=,三階有效非線性折射系數(shù)γ=為4.7l0=(m=／W,對應(yīng)的三階極化率實(shí)部Rex=為6.3l0=(mV=.發(fā)現(xiàn)BTNP-SubPc532nm和1.064μm處對應(yīng)的X=有著很大的差異,532nm對應(yīng)的X=比1.064μm對應(yīng)的X=大近兩個(gè)數(shù)量級,標(biāo)明呈現(xiàn)了很大的電子共振增強(qiáng).并發(fā)現(xiàn),相同波長,如1.064μm條件下,BTNP-SubPc薄膜的x=(8.5110=(mV=)比蒸發(fā)CuPc2.2310mV=)薄膜的值大40倍.相關(guān)工作分別發(fā)表在光學(xué)學(xué)報(bào)》和Mater.Lett.等期刊上.

　　38p激光條件下, 1.064μm.得到八異戊氧基鈀酞菁(oct-PdPc摻雜有機(jī)改性溶膠凝膠材料的非線性折射率n=和γ分別為1.110=esu和2.510=m=／W,雙光子吸收系數(shù)β為33cmGW,三階非線性極化系數(shù)X=為1.610=esu.連續(xù)Ar=激光作用下,觀察到oct-PdPc摻雜有機(jī)改性溶膠凝膠材料顯著的自衍射圖案,發(fā)現(xiàn)在相同光強(qiáng)作用下,衍射圖案的大小與衍射環(huán)數(shù)目的多少隨波長發(fā)生變化,對于457.9nm488nm和514.5nm不同波長,457.9nm光具有最大的外層衍射尺寸,其次是488nm,最小的514.5nm.這種衍射現(xiàn)象用在光限幅器上.這一部分的研究結(jié)果,分別發(fā)表在光學(xué)學(xué)報(bào)》和Opt.Mater.期刊上.

　　大于其它一些典型資料如Au:PLT20薄膜(n==1.Ol0=esu, 研究了用激光淀積(PLD技術(shù)制備的一種新型鐵電薄膜資料=(SBT532nm和1.064μm38p條件下的三階非線性.發(fā)現(xiàn)在兩個(gè)波長條件下SBT薄膜屬于自散焦介質(zhì).得到SBT薄膜在532nm和1.064μm處的三階非線性折射率系數(shù)分別為3.84cm=／GW和3.58cm=／GW.PLT30薄膜(3.O10=esu三階非線性折射率系數(shù).532nm處的雙光子吸收系數(shù)為7.3cmGW,大于典型半導(dǎo)體資料ZnSe532nm處的雙光子吸收系數(shù).SBT薄膜的大的三階非線性標(biāo)明了這種資料在非線性光學(xué)方面有潛在應(yīng)用前景.相關(guān)工作發(fā)表在Opt.Lett.期刊上.

　　38p條件下的三階非線性, 還研究了用射頻濺射方法在α-A l=O=襯底上制備的PbTiO=(PT薄膜在1.064μm.此條件下PT薄膜為自散焦介質(zhì),實(shí)驗(yàn)得到非線性折射系數(shù)為2.810=esu,雙光子吸收系數(shù)為51.8cmGW.相關(guān)工作發(fā)表在NonlinearOptic期刊上.

　　為探索這些資料在光限器方面的應(yīng)用提供了有價(jià)值的參數(shù).分別研究了octa-PdPc溶膠凝膠材料在532nm皮秒脈沖激光下以非線性吸收和非線性折射為機(jī)制的光限幅特性以及在514.5nm488.0nm和457.9nm波長連續(xù)激光下以自衍射為機(jī)制的光限幅特性.發(fā)現(xiàn)這種資料不只有較好的限幅特性, 首次研究了BTNP-SubPc薄膜、octa-PdPc溶膠凝膠、SBT和PT鐵電薄膜材料的光限幅性質(zhì).而且有較高的激光損傷閾值.研究了BTNP-SubPc薄膜在1.064μm和532nm波長皮秒脈沖條件下的光限幅效應(yīng),1.064μm波長條件下的限幅效應(yīng)機(jī)制為雙光子吸收和非線性折射,532nm波長條件下的限幅效應(yīng)機(jī)制為反飽和吸收和非線性折射.研究了SBT薄膜在1.064μm和532nm波長皮秒脈沖條件下的光限幅特性.發(fā)現(xiàn)在532nm限幅閾值低于在1.064μm限幅閾值,532nm箝位輸出也低于在1.064μm箝位輸出.532nm主要機(jī)制是雙光子吸收以及自散焦效應(yīng),而在1.064μm處只存在自散焦效應(yīng),引起兩種光限幅效應(yīng)差別的主要因素是532nm處的雙光子吸收.雖然SBT薄膜的限幅性能很好,但它激光損傷閾值不如octa-PdPc溶膠凝膠材料的高.

　　發(fā)現(xiàn)PT與SBT兩種鐵電薄膜的限幅效應(yīng)在非線性區(qū)基本上是類似的.僅非線性吸收引起的限幅效應(yīng), 還研究了PT鐵電薄膜材料在1.064μm波長皮秒條件下的光限幅特性.PT薄膜的透過率略小于SBT薄膜的透過率,這可能是因?yàn)镻T薄膜的雙光子吸收系數(shù)比SBT薄膜的較大的原因.對于非線性吸收和非線性折射共同作用下的限幅效應(yīng),SBT薄膜在532nm透過率略小于PT薄膜在1.064μm透過率,這可能是因?yàn)镾BT薄膜的非線性折射率稍大于PT薄膜的非線性折射率的緣故.

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