多壁碳纳米管光限幅特性的研究

用化学气相沉积法制备了多壁碳纳米管,并将其溶解在甲苯溶液中.用波长为1064nm的皮秒脉冲激光测量该样品的透过率,发现了非常明显的光限幅特性.当入射光强较小时,透射光强度随入射光强度的增大而增大,输出与输入为线性关系;随着入射光强的增大,透射光强增长的速度明显变慢,并逐渐趋于饱和.当入射光强度较小时,样品的透过率接近100%;而当入射光强为8GW/cm²时,非线性透过率达到30%.根据三光子吸收理论计算,理论拟合与实验结果非常符合,说明多壁碳纳米管的三光子吸收产生了光限幅效应.实验测 关键词： 多壁碳纳米管 光限幅 三光子吸收     

非线性一维光子晶体反射谱的多值特征研究

以含有一层kerr非线性介质的一维光子晶体为对象,基于子层逆向递推算法,给出了非线性反射谱一种简单有效的数值计算方法.基于此方法得到了该结构在1 535~1 565nm范围内的非线性反射谱.当输入光强高于阈值时,缺陷模缓慢移动并出现弯曲倾斜的多值特征.分析了上跳波长、下跳波长随输入光强的变化趋势.研究了线性周期介质和非线性介质结构参数对反射谱的影响.研究表明:增加周期介质的周期、高低折射率比和非线性层厚度都能使缺陷模变窄,输入光强阈值和上跳波长、下跳波长的阈值波长降低;而非线性介质的三阶非线性系数增大时,输入光强阈值降低,但缺陷模宽度、上跳波长和下跳波长的阈值波长没有明显改变.这种多值特征对于设计光学开关、光学滤波器等有着重要的指导作用.     

宽频带光束非线性热像效应的实验研究

实验研究宽频带脉冲光束通过非线性介质时的非线性热像的形成过程,揭示了光束入射功率和脉冲宽度、介质厚度等因素对热像光强和位置的影响. 结果表明,与单纵模激光束一样,在宽频带脉冲光束情形下,非线性介质上游元件的模糊斑调制也可导致在下游共轭位置形成热像. 热像光强随入射光束功率的增加而增加;若脉冲能量一定,则热像光强随脉冲宽度的增加而减弱;若脉冲峰值功率一定,则热像光强随脉冲宽度的增加而增强. 关键词： 高功率激光 热像 宽带光束 小尺度自聚焦     

有机材料反饱和吸收特性分析

从能级角度出发,结合入射激光脉宽对粒子吸收方面的影响,用速率方程模拟了各能级粒子数的瞬时变化关系,给出了激光脉宽与能级寿命可比拟时反饱和吸收的动态解,表明粒子在能级上的分布情况。用C60和HITCI(1,1′,3,3,3′,3′hexa methyl lindo tricarbocyanine Iodide)的实验参数理论模拟了激发态吸收截面大于基态吸收截面时透射率随光强的变化关系,用以说明大的上能级吸收截面可以抑制光强过大时引起的饱和吸收,增强材料的非线性光限幅特性。     

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.     

加偏置电场的双曲线量子阱中线性与三阶非线性光学吸收系数的计算

利用紧致密度矩阵近似方法,研究了加偏置电场双曲线量子阱中的线性与三阶非线性光学吸收系数. 得到了该系统中的线性与三阶非线性光学吸收系数的解析表达式.分析了势阱的形状、外加电场的大小以及入射光场的强度对吸收系数的影响规律. 文章以典型的AlxGa1－xAs/ GaAs双曲线量子阱为例作了数值计算.结果表明：随着势阱宽度的增加,系统的吸收系数将减小;随着外加电场的增加,系统的非对称性增加,系统的吸收系数将增加;随着外加光场强度的增加,系统的吸收系数将减小,并且当光强增加到一定值时会出现明显的饱和吸收现象,这一结论为进一步的实验研究提供了相应的理论依据.     

高斯光束经环形光栅的衍射特性分析

基于傅里叶-贝塞尔变换计算高斯光束垂直入射环形光栅时的衍射远场分布,分析了其衍射远场光强分布的一般规律,并与平面波入射时的情况进行了比较.计算结果表明：当光栅半径为1.5倍高斯光束束腰半径时, 随着光栅环数的增加,中央亮斑半值全宽先减小后增大、中央亮斑所包含的功率占总功率的比值减小、中央主极大光强值减小,三者的变化趋势与平面波入射时的趋势一致;中央亮斑半径、次极大光强值变化趋势与平面波入射时的变化趋势不同.当环数小于5时,高斯光束经过环形光栅的衍射场光强变化无规律;当环数大于10后两种情况下衍射场光强变化都不明显;当环数趋于无穷时中央亮斑半径、中央亮斑半值全宽、次极大光强值趋于圆孔衍射(环数等于1)时的值,中央亮斑所包含的功率占总功率的比值约等于圆孔衍射时的1/2,中央主极大光强值约等于圆孔衍射时的1/4.     

高斯光束经环形光栅的衍射特性分析

基于傅里叶-贝塞尔变换计算高斯光束垂直入射环形光栅时的衍射远场分布,分析了其衍射远场光强分布的一般规律,并与平面波入射时的情况进行了比较.计算结果表明:当光栅半径为1.5倍高斯光束束腰半径时,随着光栅环数的增加,中央亮斑半值全宽先减小后增大、中央亮斑所包含的功率占总功率的比值减小、中央主极大光强值减小,三者的变化趋势与平面波入射时的趋势一致;中央亮斑半径、次极大光强值变化趋势与平面波入射时的变化趋势不同.当环数小于5时,高斯光束经过环形光栅的衍射场光强变化无规律;当环数大于10后两种情况下衍射场光强变化都不明显;当环数趋于无穷时中央亮斑半径、中央亮斑半值全宽、次极大光强值趋于圆孔衍射(环数等于1)时的值,中央亮斑所包含的功率占总功率的比值约等于圆孔衍射时的1/2,中央主极大光强值约等于圆孔衍射时的1/4.     

碳纳米管悬浮液的光限幅特性实验研究

 通过超声波降解法制备了多壁碳纳米管的水-表面活性剂悬浮液,测量了其对于1 064 nm,脉宽10 ns Nd:YAG调Q脉冲激光的光限幅曲线。实验发现：入射激光能量密度较低时,出射能量密度随入射能量密度的增加而线性增加;当入射能量密度为160 mJ/cm²时,出射能量不再线性增加并且逐渐趋近于光限幅器的嵌位输出值,约16 mJ,同时,对激光的透过率从71%下降到15%。通过Z扫描和探针光实验以及45°散射角下散射能量、散射率随入射激光能量变化曲线的测量,对碳纳米管悬浮液的光限幅机理进行了研究。结果表明：其限幅机理可能源于碳纳米管吸收激光能量后升华产生的膨胀的碳气泡对入射激光产生的非线性散射;另外,非线性折射对光限幅效果也有一定的作用。     

几种非线性吸收产生条件的理论分析

由速率方程着手,分析了单光子吸收过程的几种吸收类型的产生条件,发现饱和吸收、反饱和吸收相互转化的综合非线性吸收与饱和吸收、反饱和吸收产生条件不同,不只与吸收截面有关,还与入射光强有关,光强达到一定阈值,才能发生转化.材料的参数及入射光频率共同影响转化的光强阈值.     

Studies on third-order nonlinear optical properties and reverse saturable absorption in polythiophene/poly (methylmethacrylate) composites

We report here the studies on third-order nonlinear optical properties of two novel polythiophene composite films investigated using the Z-scan technique. The measurements were carried out using a Q-switched, frequency doubled Nd:YAG laser producing 7 nanosecond laser pulses at 532 nm. Z-scan results reveal that the composite films exhibit self-defocusing nonlinearity. The real and imaginary parts of the third-order nonlinear optical susceptibility were of the order 10⁻¹² esu. The effective excited-state absorption cross section was found to be larger than the ground state absorption cross section, indicating that the operating nonlinear mechanism is reverse saturable absorption (RSA). The polythiophene composite films also exhibit good optical power limiting of the nanosecond laser pulses. The nonlinear optical parameters are found to increase on increasing the strength of the electron-donor group, indicating the dependence of χ ⁽³⁾ on the electron-donor/acceptor units of polythiophenes.     

Optical limiting properties of zinc phthalocyanines in solution and solid PMMA composite films

The nonlinear absorption and optical limiting (OL) performance of tetra- and octasubstituted zinc phthalocyanine complexes were described in solution and in the solid state 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 polymeric films exhibit a much larger effective nonlinear absorption coefficient in comparison with solution. However, the parameters of the ratio of the excited to ground state absorption cross section and energy-dependent saturation in solution are much better compared to properties in the polymeric film. In terms of the ratio of the excited to ground state absorption cross section, the peripherally substituted complexes show better OL performance than the non-peripherally substituted derivative.     

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。     

含时电离对飞秒脉冲激光在强双光子吸收介质中传播特性和光限幅行为的影响

以具有强双光子吸收特性的4,4′-二甲氨基二苯乙烯分子体系为研究对象,通过采用时域有限差分法和预估矫正法数值求解Maxwell-Bloch方程,模拟了飞秒脉冲在该分子介质中的传播过程,研究了含时电离对双光子吸收过程和光限幅行为的影响.研究结果表明,光电离使介质与光场的非线性相互作用减弱,同时自发辐射降低, 随着入射电场的增强,光电离对主脉冲演化有明显的影响.光电离使介质的光限幅失效行为减弱.随着光电离截面增加,光限幅的动力学窗口变宽,表明了光电离有利于增强介质的光限幅效应.在不同的传播距离处,脉冲传播呈现 关键词： 含时电离 双光子吸收 光限幅效应 超短脉冲激光     

二氧化钒纳米点阵红外光学特性研究

针对二氧化钒纳米点阵从半导体到金属的可逆相变,考虑到点阵中各个点之间散射光的交互作用,基于VO2在不同温度和波长下的折射率和消光系数,以及小颗粒的吸收和散射特性,建立了VO2纳米颗粒的数学模型,研究了VO2纳米颗粒的相变光学特性.结果表明,随着波长变化,吸收截面相对散射截面占主导,金属相在980 nm附近出现吸收峰值|随着温度变化,可见光区域的消光系数变化较小,而红外区域较大,其中在近红外区域的消光系数变化最大.在纳米点阵中,消光截面随着颗粒间距变化,当颗粒间距增大时,消光峰值出现红移,且峰值大小也会随之增大|当间距超过一定数值后,峰值反而会逐渐减小.采用多孔氧化铝掩模的方法,通过磁控反应溅射制备VO2纳米点阵,测试结果表明其透过率比薄膜的透过率高.     

强非线性吸收下高斯光束Z-扫描衍射理论模型

 摘要：在同时考虑非线性折射和非线性吸收的情况下，借助光的衍射理论，研究了Z-扫描技术的衍射理论模型，分析了非线性折射和非线性吸收同时存在时Z-扫描曲线的形状特征和变化规律。数值计算表明，非线性吸收相移和非线性折射相移的比值是影响接收小孔输出光功率的重要因素。要想得到好的光限幅效果，应选取非线性相移比值远小于1或远大于2的非线性材料。     

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.     

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.     

一种新型有机金属化合物纳秒时域饱和吸收特性研究

合成了一种新型有机金属配合物Cetyltrimethylammonium-bis(2-thioxo-1,3- dithiole- 4,5-dithiolato)-copper(简称CtCu)材料.采用单光束Z扫描测试技术,在波长为1 053 nm,脉宽为1 ns的条件下研究了该样品的三阶非线性光学性质.研究发现,该材料具有很强的饱和吸收特性,激发态的有效吸收截面为σeff＝1.10×10－19 cm2,与基态吸收截面的比值为1∶484.利用非线性透过率实验验证了材料的饱和吸收特性,并对其产生机理进行了分析.实验结果表明,该材料在近红外波段的激光脉冲压缩方面有潜在的应用前景.