静电场诱导的分子双光子吸收截面和光限幅性能的变化

采用时域有限差分法数值求解麦克斯韦-布洛赫方程,研究了当存在静电场时少周期脉冲激光在4,4'-二(二正丁胺基)二苯乙烯(BDBAS)分子介质中的传播过程,得到了分子的动态双光子吸收(TPA)截面并且展示了其光限幅行为. 由于静电场的存在打破了BDBAS分子的对称性,因此激光在传播过程中,其频谱同时出现了偶次谐波和奇次谐波. 随着静电场强度的增加,分子的动态TPA截面增大,同时光限幅效应更为明显.     

含时电离对分子动态双光子吸收截面的影响

通过采用时域有限差分法和预估矫正法数值求解麦克斯韦-布洛赫方程,研究了含时电离对分子材料4,4'-二甲氨基二苯乙烯的动态双光子吸收截面的影响.研究结果表明,对周期量级的飞秒脉冲,介质发生的主要是一步共振双光子吸收,入射光强较高时出现双光子吸收饱和现象,入射光强小于双光子吸收饱和光强时介质的双光子吸收截面随入射光强的增大线性减小.在不同的传播距离处,分子的双光子吸收截面有较大的差别,因此,在对不f川的实验条件下测得的双光子吸收截而数值进行比较时,需要考虑样晶厚度对实验结果的影响.在同一传播距离处,随光电离截面取值的增人介质的双光子吸收截面减小.利用匕秒脉冲测量分子的双光子吸收截面时,通过数值模拟,讨论了已有解析结果的适用条件.     

超短脉冲激光在DBASVP分子中传播时的双光子面积演化和光限幅效应

以一维不对称π共轭分子体系（DBASVP分子）为介质,在双光子共振条件下,从双光子面积定理和严格数值求解Maxwell-Bloch方程两方面出发,分别研究超短脉冲激光在该有机分子介质中的传播过程,从而探讨双光子面积的演化规律,并分析双光子面积定理的适用性.提出了一种数值模拟分子介质光限幅特性的理论方法.分子的电子结构和电偶极矩是基于密度泛函理论利用从头计算方法得到的.研究结果表明,基于慢变幅和慢变相近似以及单模场条件下的双光子面积定理不能很好地描述超短脉冲的双光子面积在该分子介质中的演化规律.基于双光子吸收的分子光限幅特性与分子介质的厚度有关. 关键词： 双光子吸收 光限幅效应 双光子面积定理 超短脉冲激光     

厚原子蒸气介质中原子选择性光电离的理论研究

激光在厚原子蒸气介质中传播时会产生脉冲形变和延迟现象,这会直接影响原子多步光电离过程中的电离率和选择性.从原子蒸气激光同位素分离的实际出发,对厚原子蒸气介质中的原子光电离过程进行了研究,利用密度矩阵方法描述原子的光电离过程,利用Maxwell方程描述激光在厚介质中的传播,建立了介质中同时存在两种同位素的激光传播电离方程组,考察了原子蒸气参数和激光参数对厚介质中平均电离率和平均选择性的影响.研究结果表明:对于较厚的原子蒸气介质,激光功率的增加使平均电离率升高,平均选择性下降;对于相对较薄的介质,适当地降低激光功率可以同时提高平均电离率和平均选择性.存在一个正的激光延时使原子蒸气中目标同位素的平均电离率达到最大.尽量延长激光脉冲的宽度不仅可以同时提高目标同位素的平均电离率和平均选择性,还可以降低对激光脉冲之间相对延时的控制精度.     

丙酮分子的共振增强多光子电离解离过程的实验研究

报道了在280—286.5nm区域内，通过共振增强多光子电离-飞行时间质谱和质量选择光电离激发谱对丙酮分子的光电离和光解离通道进行了研究，并对部分碎片离子的分质量激发谱进行了归属和标识.实验结果表明，在280—286.5nm紫外光波段内，丙酮分子以母体分子的电离通道为主，即首先电离生成母体离子然后母体离子再吸收光子解离生成碎片离子. 关键词： 丙酮 共振增强多光子电离 飞行时间质谱     

氧化石墨烯-卟啉复合材料光限幅性能的理论研究

利用时域有限差分法数值求解速率-场强方程,研究了一系列共价连接的氧化石墨烯-卟啉复合材料在纳秒时域内的光限幅性质和双光子吸收. 计算结果表明,氧化石墨烯-卟啉复合分子与单独的卟啉分子相比展现出增强的光限幅效应,并且有着更大的双光子吸收截面.与之前得到的含重金属的卟啉分子具有更强非线性光学性质的结论不同,不含金属元素的卟啉分子与氧化石墨烯结合后展现出了更强的非线性光学性质. 理论计算的结果与实验测量符合较好. 此外,着重研究了介质的厚度和脉冲宽度对分子双光子吸收截面的影响. 结果表明,随着介质厚度的增加或者脉宽的变宽分子的动态双光子吸收截面增大.     

飞秒脉冲激光啁啾对4,4’-二(二正丁胺基)二苯乙烯的光限幅及动态双光子吸收的影响(英文)

通过采用预估矫正的时域有限差分方法(FDTD)数值求解Maxwell-Bloch方程,研究飞秒啁啾脉冲激光在4,4’-二(二正丁胺基)二苯乙烯(BDBAS)分子介质中的光限幅行为(OL)和动态双光子吸收(TPA)截面.计算表明啁啾率的符号和大小都对频谱演化和光限幅行为产生影响.啁啾率的符号决定频移的方向:正啁啾对应频谱蓝移,负啁啾对应频谱红移.随着啁啾率绝对值的增大,频移更加明显,光限幅窗口变窄,同时出射光强饱和值变大.有趣的是,当负啁啾降低到一定值(-0.025/fs2)时,出现自感应透明(SIT)现象.另外,动态双光子吸收截面在考虑啁啾效应的情况下减小.本研究提供了一种控制非线性光学吸收的方法.     

碳纳米管悬浮液对532nm激光限幅机理的实验研究

通过光限幅、Z扫描、非线性吸收和散射能量分布实验,研究了碳纳米管悬浮液对532 nm激光的限幅机理以及样品厚度对光限幅机理的影响。结果表明:碳纳米管悬浮液的光限幅机理并非单纯的非线性散射,对低能量入射激光光限幅特性主要源于对入射激光的非线性吸收;对高能量入射激光,碳纳米管的吸收效应和它电离形成的微等离子体以及液体汽化所形成气泡散射效应的共同作用,使其具有较强的光限幅能力,对浓度一定的悬浮液,增加样品厚度虽然会增强其限幅效果,但却会减弱其非线性散射效应。     

极紫外阿秒脉冲在高次谐波产生过程中引起的非偶极效应

当红外强激光和极紫外(XUV)阿秒脉冲共同作用于原子分子时，电离出去的电子通常会吸收和辐射激光光子而发生能量扩展.讨论了由于XUV阿秒脉冲的短波长与扩展后的电子波包尺度可相比拟时在高次谐波产生过程中引起的非偶极效应.采用H⁺₂作为模型分子，并把分子轴置于激光场的传播方向，通过解二维含时薛定谔方程并比较考虑非偶极效应和采用偶极近似两种方法计算得到的结果，两者相比，前者的谐波强度降低，谐波频率向低级次稍有移动，电子能谱的能带内出现了更多的光电子峰.在相同的光电子能量处，两种方法计算得到的信号强度相差2—5倍.并且这种非偶极效应随着红外基频光光强的增大而增强，随阿秒脉冲波长的增大而减弱. 关键词： 非偶极效应 光场空间不均匀性 阿秒脉冲 高次谐波产生     

分子对飞秒激光场响应的含时密度泛函理论研究

采用含时密度泛函理论方法研究线性分子碳化锂(Li2C2)对飞秒激光场响应的电子-离子动力学行为.在典型的近共振和非共振的激光频率作用下,分别对比分析了分子的共振和非共振电离过程.研究发现:分子在共振频率激光场的作用下发生更强的电离过程,并倾向于发生库伦爆炸,键长的振荡断裂与电离相互促进影响,而分子在较弱的激光场作用下发生单光子电离过程;随着双脉冲时间间隔的增加,离化电子数在一定范围内呈振荡上升趋势,随后趋于常数.     

A theoretical and experimental study of non-linear absorption properties of substituted 2,5-di-(phenylethynyl)thiophenes and structurally related compounds

Photo-physical properties relevant for optical power limiting in the near-visible and visible regions of the spectrum are reported for a series of substituted diarylalkynyl chalcogenophenes (furans, thiophenes, selenophenes, and tellurophenes). The linear ground and excited state absorption as well as the nonlinear (two-photon) absorption were determined at the time-dependent density functional theory level with use of the hybrid exchange-correlation functionals B3LYP and CAM-B3LYP. A selected number of the theoretically studied molecules were synthesized and characterized experimentally with the use of absorption and luminescence spectroscopy. The photo-physical data are compared to the results from optical power limiting measurements performed in THF solution at a wavelength of 532 nm, with a laser pulse length of 5 ns and pulse energies up to 150 µJ. The best compounds in the present investigation display an energy damping by approximately a factor of 10 at a concentration of 0.010 M.     

Nonresonant and Resonant Nonlinear Absorption of CdSe-Based Nanoplatelets

We present a comprehensive understanding of the nonlinear absorption characteristics of CdSe-based nanoplatelets(NPLs) synthesized by the solution-phase method and the colloidal atomic layer deposition approach through Z-scan techniques at 532 nm with picosecond pulses. The CdSe NPLs exhibit strong two-photon induced free carrier absorption(effective three-photon absorption) upon the nonresonant excitation, resulting in a remarkable optical limiting behavior with the limiting threshold of approximately 75 GW/cm~2. A nonlinear optical switching from saturable absorption(SA) to reverse saturable absorption(RSA) with increasing the laser intensity is observed when coating CdSe NPLs with a monolayer of CdS shell to realize the resonant absorption. The SA behavior originates from the ground state bleaching and the RSA behavior is attributed to the free carrier absorption.These findings explicitly demonstrate the potential applications of CdSe-based NPLs in nonlinear optoelectronics such as optical limiting devices, optical pulse compressors and optical switching devices.     

双光子吸收材料用于高功率激光近场控制技术

 为了提高高功率激光光束质量和改善近场均匀性,在SILEX-Ⅰ超短脉冲激光装置的泵浦光系统上进行实验,研究了一种双光子吸收材料的光限幅特性及对激光近场的改善情况。利用泵浦光SAGA激光器输出的激光进行光限幅特性实验。结果表明:该材料具有明显的光功率限幅特性,且透过率较高,当入射光强小于0.60 GW/cm₂时,透过率大于90%。在SILEX-Ⅰ装置的泵浦光系统进行联机实验,研究了该材料对激光近场均匀性的改善。实验结果表明:经过材料后,激光近场均匀性和调制度有明显改善。     

“绿色”液体激光介质的非线性光学特性研究

 利用氧化钕和盐酸为原料制得Nd(phen)2Cl3(三氯二邻菲罗啉合钕),测得其光谱特性并以稀土氧化钕、苯甲酸和邻菲罗啉为原料制得绿色液体激光介质钕离子的配合物——NdB3phen（三苯甲酸—邻菲罗啉合钕）.利用飞秒激光器,采用单光束Z-扫描法研究了NdB3phen的三阶非线性光学特性.结果表明:当入射飞秒激光脉冲波长为400 nm,峰值功率密度为2.94×1014 W/m2,脉宽为117 fs时,测得样品NdB3phen的非线性折射率为－2.84×10－18 cm2/W|NdB3phen在开孔条件下呈现反饱和吸收现象,测出双光子吸收系数的值为9.11×10－12 m/W.实验结果表明,NdB3phen的双光子吸收系数和非线性折射率随着光强的增强而增大.     

萘酞菁铅化合物的光限幅特性研究

应用调Q倍频ns/ps Nd：YAG脉冲激光,在波长为532nm,脉冲宽度为8ns,重复频率为1Hz的条件下,研究了溶于二甲基亚砜(DMSO)中的萘酞菁铅溶液的反饱和吸收和光限幅特性。实验表明,萘酞菁铅具有良好的光限幅特性,它的有效激发态吸收截面与基态吸收截面的比值约为15．21,大于萘酞菁铜。研究结果表明,萘酞菁铅的光限幅特性优于C60,激发态吸收是其主要的光限幅机理。实验结果证实了重原子效应可以通过增强系际跃迁而使三重态的反饱和吸收增强,从而提高光限幅的能力。     

一种新型偶氮化合物的纳秒光限幅特性研究

研究了反式—4—{[p—(N,N—二羟乙基胺基)偶氮苯]乙烯基}吡啶在N,N—二甲基甲酰胺(DMF)中的光限幅性能。实验结果表明,该偶氮化合物的DMF溶液对波长为532nm,脉冲宽度为8ns的激光脉冲具有很强的光限幅特性。理论分析表明,光限幅效应主要起源于材料的双光子吸收。利用双光子吸收模型拟合光限幅实验数据得到材料的双光子吸收系数β=1.6×10-9cm/W。     

Stabilization,attenuation and shaping of picosecond laser pulses by two-photon absorption in dyes

The attenuation of ultrashort laser pulses by two-photon absorption is theoretically described when a dye is used as the absorbing medium. It is shown that two-photon absorption also yields an intensity stabilization of low repetition rate laser emissions without a significant loss of power. Consequently this technique is proposed for pulse attenuation and stabilization near the damage threshold of second harmonic generator crystals, and its performance is theoretically compared with other attenuation methods.     

飞秒激光脉冲在三能级有机分子介质中传播时的频谱分析

通过采用预估校正的时域有限差分法求解麦克斯韦-布洛赫方程,我们研究了飞秒激光脉冲在三能级有机分子(4,4-二甲氨基二苯乙烯分子)介质中传播时脉冲的频谱演化情况.在单光子共振情况下,即入射脉冲频率等于1、2能级之间的共振频率,对大面积入射脉冲,由于强的二次激发的作用,电场频谱中出现了在ω32附近振荡的频率成分,ω32是2、3能级之间的共振频率,说明对大面积入射脉冲二能级模型已经失效,需要采用多能级模型来描述分子介质.在双光子共振情况下,即入射脉冲频率等于1、3能级之间的共振频率的一半,由于介质中放大的自发辐射和四波混频的作用,部分入射脉冲能量转化为高频和低频电场成分的能量,分子介质表现出了很强的光功率限幅特性.     

Resonant propagation of femtosecond laser pulse in DBASVP molecule：one-dimensional asymmetric organic molecule

We have investigated the resonant propagation of femtosecond laser pulse in 4-trans-[p-（N, N-Di-n-butylamino）- p-stilbenyl vinyl] pyridine medium with permanent dipole moments. The electronic structures and parameters for the compound have been calculated by using density functional theory. In the optical regime, there is one charge-transfer state, and the molecule can thus be simplified as a two-level system. Both the one- and two-photon transitions occur between the ground and charge-transfer states. The numerical results show that the permanent dipole moments have an obvious effect on the propagation of the ultrashort pulse laser. The ideal self-induced transparency disappears for 2π pulse, and second harmonic spectral components occur significantly due to the two-photon absorption process. For the 6π pulse, continuum frequency generation is produced and a shorter duration pulse in time domain with 465 as is obtained.