基于衍射理论的大非线性相移Z扫描研究

以衍射理论为基础,建立了强非线性吸收下,非线性介质对高斯光束的衍射模型.数值计算表明,折射相移的增大使峰的透过率增强而谷的透过率趋于饱和；而吸收相移的增大使峰的透过率被抑制而谷的透过率增强.相移比值是决定谷-峰结构存在与否的关键.在一定的输入功率下,远场输出功率并不是完全随着非线性吸收系数的增大而增大.该理论的近似条件只要求是薄样品,具有更好的适用性.     

基于衍射模型的Z扫描理论

以菲涅耳－基尔霍夫衍射理论为基础，建立了非线性光学介质对高斯光束的衍射模型，从一种新的角度解释了Z扫描现象，这种理论不仅在小非线性相移的情况下与传播Z扫描理论的结果完全一致，而且还适用于大非线性相移的情况。数值计算表明，随着非线性相移的增大，原来近似对称的Z扫描曲线发生畸变，谷的透过率被饱和抑制而峰的透过率被增强。通过开孔的光功率随着入射激光功率的增加会出现振荡衰减现象。     

以衍射理论为基础考虑双光子吸收的Z-扫描理论

以菲涅尔-基尔霍夫衍射理论为基础,建立了非线性介质对高斯光束的衍射模型,对高斯光束通过非线性介质后的传输行为进行了详细的理论推导和数值计算,从一种新的角度解释了Z-扫描现象.理论推导出了考虑双光子吸收的闭孔和开孔Z-扫描曲线的统一公式,是计算非线性折射率和双光子吸收系数的一种新方法.数值模拟计算表明,对于考虑双光子吸收的闭孔Z-扫描曲线,其结果与经典的Z-扫描理论完全一致.而对于已给定的开孔Z-扫描曲线,用该理论计算出的双光子吸收系数是经典开孔Z-扫描理论计算值的1/3,其它结论与传统Z-扫描理论完全吻合.该理论的近似条件只要求薄样品和小非线性吸收,比传统理论具有更好的准确性.     

非线性相移对Z-scan曲线对称性的影响

 基于由光束传输的ABCD矩阵得出的Z-scan透过率的解析结果，分析了Z-scan实验曲线随非线性相移的变化规律。发现随着相移的增加，折射非线性相移比吸收非线性相移对Z-scan曲线对称性的影响更大。对于具有强饱和吸收和弱自聚焦特性的非线性介质，其Z-scan曲线随非线性折射相移的变小将失去典型的类色散特点。对于1μm厚的ZnCdSe-ZnSe多量子阱，扫描光源采用532 nm的基模高斯光束，采用透过率表达式来拟合所得的实验数据，在吸收非线性相移为0.9与耦合因子为-10条件下，推算出三阶非线性吸收系数为2×10^-3 cm/W，三阶非线性折射系数为 8.0×10^-8 cm²/W，这与J.Ma等人的结果吻合。最后对曲线特征参数随非线性相移变化进行了数值计算，得到的曲线所对应的非线性相移与曲线谷位置的乘积近似为一常量，值为0.166。     

GaAs在光通讯波段的超快非线性光学研究（英文）

采用Z-扫描和泵浦-探测技术,在光通讯波段对砷化镓(Ga As)单晶进行了非线性动力学以及非线性光学的实验研究。飞秒泵浦-探测实验结果表明,三阶非线性光学效应源于砷化镓单晶对飞秒激光的瞬态双光子吸收,而五阶非线性光学效应源于砷化镓单晶双光子吸收诱导的自由载流子吸收效应。通过Z扫描实验,得到了关于Ga As单晶所有的非线性光学参数,包括双光子吸收系数、三阶非线性折射系数、双光子吸收诱导的自由载流子吸收截面以及双光子吸收诱导的自由载流子折射截面。结果表明,砷化镓单晶在制造光限幅器件和光电探测器方面具有良好的发展前景。     

GaAs在光通讯波段的超快非线性光学研究

采用Z-扫描和泵浦-探测技术,在光通讯波段对砷化镓(GaAs)单晶进行了非线性动力学以及非线性光学的实验研究.飞秒泵浦-探测实验结果表明,三阶非线性光学效应源于砷化镓单晶对飞秒激光的瞬态双光子吸收,而五阶非线性光学效应源于砷化镓单晶双光子吸收诱导的自由载流子吸收效应.通过Z扫描实验,得到了关于GaAs单晶所有的非线性光学参数,包括双光子吸收系数、三阶非线性折射系数、双光子吸收诱导的自由载流子吸收截面以及双光子吸收诱导的自由载流子折射截面.结果表明,砷化镓单晶在制造光限幅器件和光电探测器方面具有良好的发展前景.     

激发态分子内质子转移有机分子HBT的三阶非线性光学特性

以532nm皮秒脉冲作抽运光,采用单光束Z-扫描技术对具有激发态分子内质子转移效应的有机分子2-(2′-羟基苯基)苯并噻唑(HBT)在其双光子吸收区的非线性光学特性进行了研究.实验结果表明,对532nm波长的光,HBT分子存在明显的双光子吸收.通过拟合开孔Z-扫描实验数据,求解了HBT分子在其双光子吸收区的非线性吸收系数,并探讨了抽运光强度对介质双光子吸收效应的影响.采用高斯分解法,通过拟合闭孔Z-扫描除以开孔Z-扫描数据,理论推导并计算了在介质对抽运光存在非线性吸收的情况下HBT分子的非线性折射率,以及不同入射光强度时HBT分子的三阶非线性极化率实部和虚部的值.计算结果表明,理论分析与实验结果较好地符合,这些结果为进一步研究和开发此类材料的应用提供了理论与实验依据.     

相位物体Z-扫描研究金属簇合物[Tp*W(μ3-S)3Cu3Py3(μ3-Br)](PF6)/DMF溶液的瞬态热致非线性折射

在纳秒时域,采用相位物体(PO)Z-扫描技术研究了一种新型金属簇合物溶液的瞬态热致非线性效应.该方法的最大优点是很容易区分瞬态热致非线性折射和三阶非线性折射.本文利用PO Z-扫描和传统Z-扫描研究了在8 ns脉宽、不同能量激光脉冲作用下[Tp*W(μ3-S)3Cu3Py3(μ3-Br)](PF6)/DMF溶液的光学非线性.从声波方程和热传导方程出发,对实验结果进行了理论分析和数值模拟,理论值和实验结果很好的吻合.研究结果表明,样品溶液的非线性折射主要来源于瞬态热致非线性效应.     

基于激发态非线性拆射效应的全光开关与光限幅

提出一种新型的光控光开关，以５３２ｎｍ脉冲激光入射金属－类卟啉有机材料，强激发态吸收导致瞬态透镜效应，使同时通过介质的６３２．８ｎｍ激光实现光开关，实验演示了开关特性，开启和关闭时间均为１００ｎｓ，还演示了激发态吸收和非线性折射两种效应共同作用的单光束光限幅，对上述两种基于非线性折射效应的器件特性进行了理论分析。     

一新型金属有机化合物在皮秒激光下的三阶非线性光学性质研究

利用皮秒激光光源,采用z扫描技术研究了一种新型金属有机化合物的三阶非线性光学性质以及光限幅特性.z扫描研究结果表明,这种化合物在1064 nm波长激光激发下的三阶非线性极化率χ(3)为3.8×１０-14 esu,并且存在双光子吸收.光限幅实验结果显示双光子吸收和非线性折射两种不同机制决定了该化合物的光限幅特性.     

溶剂对光致变色材料—乙基红的光学特性影响

研究了溶剂性质对光致变色材料乙基红光学性质的影响.用吸收谱测定了乙基红染料在不同溶剂中的溶剂化位移.对相同浓度多种乙基红溶液进行了Z-scan测量，测量了不同乙基红溶液的光限幅效应，并讨论了其与溶剂之间的关系.随极性增加，吸收谱蓝移，可以通过选择不同溶剂，改变非线性材料的应用窗口.实验结果表明，在连续光照射下，乙基红溶液的非线性折射主要由热效应引起，非线性折射系数n2受溶剂的热学性质影响较大.此外，Z-scan结果中的非线性吸收为饱和吸收.至于光限幅效应，主要受热效应影响，但亦可由吸收谱预测出在某波长处的动态范围.得出的结论有助于偶氮染料作为非线性材料的应用.     

Optical limiting response by embedding copper phthalocyanine into polymer host

The multilayer film of PMMA containing mononuclear octakis(mercaptopropylisobutyl-POSS) substituted phthalocyaninato-copper (CuPc) was obtained by spin-coating on quartz substrate. The nonlinear absorption and optical limiting (OL) performance of CuPc have been described using the open-aperture Z-scan technique. The measurements were performed using collimated 4 ns pulses generated from a frequency-doubled Nd:YAG laser at 532 nm wavelength. The results indicate that CuPc/PMMA composite exhibits a much larger nonlinear absorption coefficient, a lower saturable fluence and a lower absorption cross-section ratio for optical limiting when compared to the same CuPc molecules in solution. No evidence of film fatigue or degradation was observed in the CuPc/PMMA film after numerous scans at varying laser intensity. This material is a good candidate for optical limiting applications.     

反饱和吸收激发态非线性材料的Z扫描分析

本文用速率方程理论分析了激发志光学非线性材料非线性吸收和折射,通过数值模拟讨论了激发态和基态吸收截面、折射度相互关系等参数对非线性吸收和折射性质的影响。并从理论上分析了C₆₀甲苯溶液的Z扫描实验曲线,它具有强非线性吸收和弱非线性折射。     

A precise data processing method for extracting χ from Z-scan technique

We present a precise data processing method, in the Z-scan experiments using a Gaussian beam and trimmed Airy beam, for directly extracting nonlinear refraction from the closed aperture Z-scan trace with the aid of the open aperture Z-scan trace when the materials exhibit nonlinear refraction and nonlinear absorption simultaneously. This method is still applicable when the nonlinear absorption is dominant and the closed aperture Z-scan curve degenerates into a single valley configuration, which is a salient advantage over other methods. In addition, we give gracefully empirical formulas with very high precision, which have good practicability for characterizing the optical nonlinearities of materials by use of the Gaussian beam and trimmed Airy beam Z-scan technique, respectively.     

可溶性高聚物-多壁碳纳米管复合物的吸收光谱和光限幅性能研究

合成了三种可溶性高聚物嫁接的多壁碳纳米管复合物,包括聚乙烯基咔唑-多壁碳纳米管复合物(MWNTs-PVK),聚苯乙烯-多壁碳纳米管复合物(MWNTs-PSt)和聚甲基丙烯酸甲酯-多壁碳纳米管复合物(MWNTs-PMMA)。合成样品的TEM图显示出高聚物成功地包裹在碳纳米管外。样品的氯仿溶液UV-Vis吸收谱显示,复合物的紫外区与纯的多壁碳纳米管不同,有一些复杂的特征吸收峰,反映了高聚物与碳纳米管共价连接的作用。利用Z扫描技术通过527nm的纳秒激光脉冲激发研究了这三种复合物的非线性光学性质和光限幅性能。这三种复合物的氯仿溶液的光限幅性能很相似,并且优于纯多壁碳纳米管氯仿悬浮液和C60甲苯溶液。为解释观察到的结果,研究了样品的非线性折射,非线性吸收和非线性散射机制。结果显示,非线性吸收是引起样品光限幅的主要机制。     

Sensitivity of Z-scan using diffraction efficiency

We report Z-scan and eclipsing Z-scan experimental traces measuring diffraction efficiency in the image plane of the 4f system. Using nonlinearly diffracted energy, the sensitivity of both techniques is compared in order to increase the signal-to-noise ratio. The optimization of the optical signal for nonlinear characterization is proposed. A simple linear relation is provided in order to characterize nonlinear refraction from diffraction efficiency measurements. The influence of the nonlinear absorption is discussed.     

CdSe/ZnS核-壳结构量子点的非线性光学吸收

利用开孔Z扫描技术研究了吸收峰分别为553 nm和503 nm的两种尺寸CdSe/ZnS核-壳结构量子点溶液的非线性吸收性质.对于532 nm,6 ns激光脉冲,两种材料均表现出饱和吸收向反饱和吸收转化的现象.数值模拟结果表明：当吸收峰波长大于激光波长时,饱和吸收过程由快、慢两种机制组成,分别对应基态载流子被激发至不同的激发态,而强光下的反饱和吸收与快过程相关;当吸收峰波长小于激光波长时,饱和吸收主要由快过程机制引起,强光下的反饱和吸收源自激发态吸收和双光子吸收.我们的研究结果表明半导体量子点是研制光开关和光限制器件的理想候选材料.     

Studies of nonlinear optical properties of PicoGreen dye using Z-scan technique

In this paper we study the nonlinear optical properties of PicoGreen dye. The investigations involve the single-beam Z-scan technique and measurements were carried out at different incident intensities. Both open and closed aperture Z-scan techniques were performed at 532 nm and it was found that the dye exhibited a reverse saturable absorption with significant nonlinear absorption coefficient and intensity-dependent negative nonlinear refraction coefficient, indicating self-defocusing phenomena. The third-order nonlinear susceptibility and optical limiting threshold were also measured.