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| 三阶非线性光学性质的研究 | |||
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自非线性光学诞生以来它一直受到人们重视, 三阶非线性光学性质的研究是非线性光学中的一个重要部分.探索新材料在非线性光学器件上应用的基础工作.主动光学限幅器是一种能对激光强度进行控制的用于维护光学传感器和人眼免受激光损害的非线性光学器件,对它研究自激光诞生就开始了,并且随着激光技术的发展,世界上许多国家对这一研究不时地投入越来越多的人力和财力.所以对材料的三阶非线性光学性质以及主动光学限幅器的研究具有十分重要的意义.金属有机化合物以及铁电材料是近年来三阶非线性光学资料研究的热门领域,本文对这一领域中几种新型的金属有机化合物以及铁电材料的三阶非线性光学性质和光限幅效应进行了研究,并在此基础上设计了一种动力学范围很宽的可见光波段主动光学限幅器.本文主要开展了如下几个方面的研究工作,取得了若干创新性效果,并在国内外重要刊物上发表10余篇相关学术论文.
研究了Ni-A zo薄膜、BTNP-SubPc薄膜、octa-PdPc溶胶凝胶、SBT和PT铁电薄膜材料的三阶非线性光学性质, 利用单光束Z-扫描技术.得到新的实验结果和新的发现在非线性器件应用上具有重要的意义.
表示出自散焦性质, 实验发现镍偶氮(Ni-A zo资料在非共振区用1.064μm38p激光脉冲照射下.并且存在双光子吸收现象.而在共振区用532nm38p激光脉冲作用,表示出自聚焦性质,并且存在反饱和吸收现象.利用Z-扫描理论,得到非共振区在1.064μm波长38p条件下Ni-A zo溶液和薄膜的非线性折射率γ分别为3.910=m=／W和3.110=m=／W,三阶非线性极化率的实部分别为1.310=esu和1.410=esu推导出了共振区非线性参数的计算公式,由这些公式得到532nm波长38p条件下Ni-A zo薄膜的激发态吸收截面=,激发态折射截面=,三阶非线性有效折射系数n=≈4.4310=esu,与有效折射系数相对应的三阶非线性极化率实部Rex=≈9.0510=esu.就我所知,以前还没有人对镍偶氮材料的三阶非线性作过报道.这部分工作发表在opticCommun刊物上.
1.064μm波长条件下, 实验测得三新戊氧基溴硼亚酞菁(BTNP-SubPc薄膜资料在皮秒脉冲激光下是自散焦介质.双光子吸收系数为42cmGW,三阶非线性折射系数γ为3.8410=(m=／W,三阶非级性极化率x=的实部、虚部及绝对值的大小分别为6.2410=(mV=、5.7910=(mV=和8.5l10=(mV=.532nm波长条件下,激发态吸收截面σ=为3.410=cm=,三阶有效非线性折射系数γ=为4.7l0=(m=／W,对应的三阶极化率实部Rex=为6.3l0=(mV=.发现BTNP-SubPc532nm和1.064μm处对应的X=有着很大的差异,532nm对应的X=比1.064μm对应的X=大近两个数量级,标明呈现了很大的电子共振增强.并发现,相同波长,如1.064μm条件下,BTNP-SubPc薄膜的x=(8.5110=(mV=)比蒸发CuPc2.2310mV=)薄膜的值大40倍.相关工作分别发表在光学学报》和Mater.Lett.等期刊上.
38p激光条件下, 1.064μm.得到八异戊氧基钯酞菁(oct-PdPc掺杂有机改性溶胶凝胶材料的非线性折射率n=和γ分别为1.110=esu和2.510=m=／W,双光子吸收系数β为33cmGW,三阶非线性极化系数X=为1.610=esu.连续Ar=激光作用下,观察到oct-PdPc掺杂有机改性溶胶凝胶材料显著的自衍射图案,发现在相同光强作用下,衍射图案的大小与衍射环数目的多少随波长发生变化,对于457.9nm488nm和514.5nm不同波长,457.9nm光具有最大的外层衍射尺寸,其次是488nm,最小的514.5nm.这种衍射现象用在光限幅器上.这一部分的研究结果,分别发表在光学学报》和Opt.Mater.期刊上.
大于其它一些典型资料如Au:PLT20薄膜(n==1.Ol0=esu, 研究了用激光淀积(PLD技术制备的一种新型铁电薄膜资料=(SBT532nm和1.064μm38p条件下的三阶非线性.发现在两个波长条件下SBT薄膜属于自散焦介质.得到SBT薄膜在532nm和1.064μm处的三阶非线性折射率系数分别为3.84cm=／GW和3.58cm=／GW.PLT30薄膜(3.O10=esu三阶非线性折射率系数.532nm处的双光子吸收系数为7.3cmGW,大于典型半导体资料ZnSe532nm处的双光子吸收系数.SBT薄膜的大的三阶非线性标明了这种资料在非线性光学方面有潜在应用前景.相关工作发表在Opt.Lett.期刊上.
38p条件下的三阶非线性, 还研究了用射频溅射方法在α-A l=O=衬底上制备的PbTiO=(PT薄膜在1.064μm.此条件下PT薄膜为自散焦介质,实验得到非线性折射系数为2.810=esu,双光子吸收系数为51.8cmGW.相关工作发表在NonlinearOptic期刊上.
为探索这些资料在光限器方面的应用提供了有价值的参数.分别研究了octa-PdPc溶胶凝胶材料在532nm皮秒脉冲激光下以非线性吸收和非线性折射为机制的光限幅特性以及在514.5nm488.0nm和457.9nm波长连续激光下以自衍射为机制的光限幅特性.发现这种资料不只有较好的限幅特性, 首次研究了BTNP-SubPc薄膜、octa-PdPc溶胶凝胶、SBT和PT铁电薄膜材料的光限幅性质.而且有较高的激光损伤阈值.研究了BTNP-SubPc薄膜在1.064μm和532nm波长皮秒脉冲条件下的光限幅效应,1.064μm波长条件下的限幅效应机制为双光子吸收和非线性折射,532nm波长条件下的限幅效应机制为反饱和吸收和非线性折射.研究了SBT薄膜在1.064μm和532nm波长皮秒脉冲条件下的光限幅特性.发现在532nm限幅阈值低于在1.064μm限幅阈值,532nm箝位输出也低于在1.064μm箝位输出.532nm主要机制是双光子吸收以及自散焦效应,而在1.064μm处只存在自散焦效应,引起两种光限幅效应差别的主要因素是532nm处的双光子吸收.虽然SBT薄膜的限幅性能很好,但它激光损伤阈值不如octa-PdPc溶胶凝胶材料的高.
发现PT与SBT两种铁电薄膜的限幅效应在非线性区基本上是类似的.仅非线性吸收引起的限幅效应, 还研究了PT铁电薄膜材料在1.064μm波长皮秒条件下的光限幅特性.PT薄膜的透过率略小于SBT薄膜的透过率,这可能是因为PT薄膜的双光子吸收系数比SBT薄膜的较大的原因.对于非线性吸收和非线性折射共同作用下的限幅效应,SBT薄膜在532nm透过率略小于PT薄膜在1.064μm透过率,这可能是因为SBT薄膜的非线性折射率稍大于PT薄膜的非线性折射率的缘故.
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