强激光条件下5CB液晶中的激光诱导衍射环现象

强激光经5CB液晶传播时会产生非线性自相位调制现象,利用532 nm和1 064 nmCW激光研究了强激光条件下5CB液晶中的激光诱导衍射环现象,并对强激光在5CB液晶中产生自相位调制的现象和机理进行了讨论.当532 nm激光和1 064 nm激光功率密度分别大于10 kW/cm2和300 W/cm2时,接收白屏上有较明显的衍射环现象|当激光分别持续作用数十毫秒和数百毫秒量级时间时,接收屏上的衍射环现象消失.分别利用基尔霍夫衍射积分公式的菲涅耳近似和夫朗和费近似形式对5CB中激光自相位调制和激光诱导衍射环进行了数值模拟,数值结果与实验结果符合的较好.基于热传导理论定性分析了5CB液晶在不同波长和入射条件下的三阶非线性系数.结果表明：在强激光入射条件下,热效应是自相位调制的主要原因,这种三阶非线性系数除了与液晶的吸收系数和作用时间相关,还与激光作用面积甚至激光诱导指向矢转动过程相关.     

532和1 064 nm激光的水下LIBS探测对比研究

海洋是国家可持续发展的战略要地,迫切需要海洋探测技术的快速发展,光谱类的化学传感器由于具有原位、非接触和长期探测的优势日益成为研究热点。为了将激光诱导击穿光谱（LIBS）技术应用于海洋原位探测,采用532和1 064 nm波长激光在能量分别为3和40 mj附近进行烧蚀,对比实验研究了532和1 064 nm激光作用下的LIBS击穿特性,并重点探讨了水下激光传输距离对LIBS信号的影响。结果显示,采用1 064 nm的激光能够获得更高的谱线强度和信背比,以及更长的等离子体寿命,但LIBS信号稳定性较差;受水体对不同波长激光能量衰减不同的影响,在水下传输距离2～5 cm范围内,随着1 064 nm激光能量的衰减LIBS信号衰减也很明显,而位于海水“透射窗口”的532 nm的激光LIBS信号基本保持不变。为今后LIBS海洋原位探测系统的开发提供了有价值的设计依据。     

激光波长对水中金属元素激光诱导击穿光谱探测的影响

针对激光诱导击穿光谱(LIBS)在海洋应用中的问题,对1 064和532nm两个激发波长下水中LIBS光谱特性进行探测分析,以比较其烧蚀效果。通过激光诱导等离子体的时间分辨光谱,分析水下等离子体电子密度随时间的演化规律,1 064nm激光诱导等离子体寿命约为1 200ns,而532nm激光激发情况下等离子体寿命仅约为600ns。基于光在水中的传输特性和LIBS的实验结果,建立了获得最佳LIBS探测效果所需的入水前激光脉冲能量Eiopt(r)与探测距离r的关系,并应用到水下原位探测的模拟分析。结果表明,当探测距离不大于5cm时,所需的入水前1 064nm激光单脉冲能量小于100mJ,该激发波长可用于LIBS的水下探测;当探测距离增至10cm时,所需的入水前532nm激光单脉冲能量只需30mJ左右。因此,当原位探测距离增加时,则需考虑选择532nm激光作为烧蚀光源。     

钛酸镧薄膜在1064nm/532nm波长激光辐照下的光学特性

采用热蒸发沉积技术制备了钛酸镧(H4)薄膜,研究了1 064nm和532nm波长激光诱导辐照处理后的薄膜折射率、消光系数、激光损伤阈值和损伤过程变迁.结果表明:采用不同波长的激光辐照H4薄膜后,会使其折射率升高,但升高的幅度不大.用1 064nm的激光辐照处理,可将H4膜的激光损伤阈值从10.2J/cm~2提高到15.7J/cm~2(5脉冲辐照),而532nm激光辐照对样品损伤阈值的提高效果不明显.同一样片,1 064nm激光的损伤阈值远远高于532nm的激光损伤阈值.1064nm激光辐照下,H4薄膜经历了轻微损伤、轻度损伤、重度损伤和极度损伤四个缓慢演变的阶段.而532nm激光辐照下,H4薄膜从未损伤到损伤是一个突变的过程,经历了重度损伤和极度损伤的演变阶段.     

激光辐照VO2薄膜温度场分布及透射特性研究

为了探究VO₂薄膜受激光辐照的温度场分布,以及1 064 nm激光直接辐照100 s内至相变的激光功率密度阈值,并比较近红外和中红外波段透过率调制特性差异。首先基于COMSOL建立了薄膜受激光辐照的模型并进行了温度场仿真,然后分别测试了薄膜正反面被不同功率密度的1 064 nm激光辐照100 s内激光透过率随时间响应特性。实验中的VO₂薄膜利用分子束外延法在Al₂O₃基底上制备得到。仿真结果表明,激光功率密度为25 W·mm^-2时,50 nm厚薄膜在被辐照1 ms时间内即达到相变温度。经激光辐照实验发现:50 nm厚的VO₂薄膜正反面受1 064 nm激光直接辐照100 s内至相变的功率密度阈值分别为4.1 W·mm^-2和5.39 W·mm^-2。30 nm厚VO₂薄膜对1 064 nmn激光的透过率调制深度约为13%,对3 459 nm激光透过率调制深度约62%,说明VO₂薄膜对近红外透过率调制特性不明显。     

缓冲层对LBO晶体上1 064 nm,532 nm二倍频增透膜的激光损伤阈值的影响

采用电子束蒸发方法在LBO晶体上制备了无缓冲层和具有不同缓冲层的1 064 nm,532 nm二倍频增透膜.利用Lambda900分光光度计和调Q脉冲激光装置对样品的光学性能和抗激光损伤性能进行了测试分析.结果表明,所有样品在1 064 nm和532 nm波长的剩余反射率都分别小于0.1%和0.2%.与无缓冲层样品相比,采用SiO2和MgF2缓冲层薄膜的激光损伤阈值分别提高了23.1%和25.8%,而Al2O3缓冲层的插入却导致薄膜的激光损伤阈值降低.通过观察薄膜的激光损伤形貌,分析破斑的深度信息和电场分布,表明LBO晶体上1 064 nm,532 nm二倍频增透膜的激光损伤破坏主要表现为膜层剥落,激光产生的热冲击应力使薄膜应力发生很大变化,超过膜层之间的结合而引起膜层之间的分离.采用SiO2或MgF2缓冲层可改进Al2O3膜层的质量,从而有利于提高薄膜的激光损伤阈值.     

缓冲层对LBO晶体上1 064 nm|532 nm二倍频增透膜的激光损伤阈值的影响

采用电子束蒸发方法在LBO晶体上制备了无缓冲层和具有不同缓冲层的1 064 nm,532 nm二倍频增透膜.利用Lambda900分光光度计和调Q脉冲激光装置对样品的光学性能和抗激光损伤性能进行了测试分析.结果表明,所有样品在1 064 nm和532 nm波长的剩余反射率都分别小于0.1％和0.2％.与无缓冲层样品相比,采用SiO2和MgF2缓冲层薄膜的激光损伤阈值分别提高了23.1％和25.8％,而Al2O3缓冲层的插入却导致薄膜的激光损伤阈值降低.通过观察薄膜的激光损伤形貌,分析破斑的深度信息和电场分布,表明LBO晶体上1 064 nm,532 nm二倍频增透膜的激光损伤破坏主要表现为膜层剥落,激光产生的热冲击应力使薄膜应力发生很大变化,超过膜层之间的结合而引起膜层之间的分离.采用SiO2或MgF2缓冲层可改进Al2O3膜层的质量,从而有利于提高薄膜的激光损伤阈值.     

机载大气探测激光雷达人眼安全分析

依据美国ANSI标准,模拟计算了0~12 km的高度范围内不同的激光束发散角和不同激光脉冲能量比例的532和1 064 nm激光脉冲人眼安全最大阈值能量。给出两种532和1 064 nm激光脉冲人眼安全最大阈值能量分配方案：(1)激光束发散角为0.3 mrad且532与1 064 nm的激光脉冲最大阈值能量之比为1∶2;（2）激光束发散角为0.4 mrad且532与1 064 nm的激光脉冲最大阈值能量之比为1∶1。分析了用这两种激光脉冲人眼安全最大阈值能量分配方案探测模式大气时所对应的信噪比。分析结果表明：这两种方案既能保证机载激光雷达对模式大气探测时地面人眼安全又能达到探测所要求的信噪比。     

真空中激光触发脉冲电压下绝缘材料闪络特性

搭建了真空中脉冲电压下激光触发沿面闪络试验平台,在试验平台上进行常用开关绝缘介质尼龙、聚碳酸酯和Al2O3陶瓷的激光触发沿面闪络特性试验,探讨了真空中激光触发沿面闪络的机理。试验结果表明：聚碳酸酯试品的自闪络电压最高;在真空中脉冲电压下的激光触发沿面闪络试验中,随着激光能量密度的增大,3种材料的时延和抖动均减小;532 nm和1 064 nm波长激光触发的条件下,3种材料的抖动均在1 ns左右,聚碳酸酯抖动较小;532 nm波长激光触发的时延小于1 064 nm波长激光触发的时延。     

机载大气探测激光雷达人眼安全分析

 依据美国ANSI标准,模拟计算了0~12 km的高度范围内不同的激光束发散角和不同激光脉冲能量比例的532和1 064 nm激光脉冲人眼安全最大阈值能量。给出两种532和1 064 nm激光脉冲人眼安全最大阈值能量分配方案：(1)激光束发散角为0.3 mrad且532与1 064 nm的激光脉冲最大阈值能量之比为1∶2;（2）激光束发散角为0.4 mrad且532与1 064 nm的激光脉冲最大阈值能量之比为1∶1。分析了用这两种激光脉冲人眼安全最大阈值能量分配方案探测模式大气时所对应的信噪比。分析结果表明：这两种方案既能保证机载激光雷达对模式大气探测时地面人眼安全又能达到探测所要求的信噪比。     

向列相液晶中弱光引致各向异性衍射图样的研究

研究了弱线偏振光(≈0.16 W/cm²)通过垂直排列C₆₀掺杂的向列相液晶(5CB)薄膜的远场衍射图样.基于取向光折变机理,二波耦合使液晶分子进行二次取向之后,强度为高斯分布的光束通过样品时将形成高斯分布的空间电荷场,偏振光束通过样品时将产生偏振衍射图样.衍射图样的轮廓是同心圆环,在垂直于光的偏振方向有对称缺口.改变入射光的偏振方向可以看到衍射图样也随之改变, 有效非线性折射率系数n₂≈0.3cm²/W 关键词： 向列相液晶 取向光折变效应 自相位调制 衍射图样     

液晶波前校正器特性研究

利用808 nm大功率连续激光器研究了液晶的光功率承受特性结果表明,当功率密度为133 W/cm2时,液晶还能保持原有的光学调制特性,而且可以长时间稳定工作测定了液晶的波长色散特性,发现,随着波长的增加Δn值逐渐减少,近紫外300~400 nm波段Δn变化47％,而在400~780 nm变化量为28％,在780~900 nm Δn变化了2％还研究了温度对液晶波前校正器衍射效率的影响,随着温度的升高Δn逐渐减小,当温度从10℃升到90℃时,对于16台阶菲涅耳透镜,衍射效率下降了70%;但当温度在20℃变化10℃时,对4台阶菲涅耳透镜衍射效率最大变化量为1.7%,而对16台阶菲涅耳透镜,衍射效率降低了1.2%.     

非线性光栅的自适应光限幅

首次采用液晶为自聚焦媒质,夹在内表面刻有光栅的两玻璃片间,以Ar离子激光514.5nm波长的激光束垂直入射到光栅上,实验验证了该光栅的自适应光限幅特征。     

Electro-optic properties of switchable gratings made of polymer and nematic liquid-crystal slices

We report the diffraction properties at wavelengths of 632.8 and 1550 nm for volume transmission gratings made of a sequence of continuously aligned nematic liquid-crystal layers separated by isotropic polymer slices. The gratings are generated by holographically curing a solution of liquid crystal diluted in an isotropic prepolymer by means of a laser beam at a wavelength of 352 nm with a total intensity of approximately 10 mW/cm2. A diffraction efficiency of 98% was measured, and an electric field as low as 5 V/microm switches off the phase grating. Measured angular spectra are fitted by use of the modified coupled-mode theory including the effects of grating birefringence.     

Random lasing in dye-doped polymer dispersed liquid crystal film

A dye-doped polymer-dispersed liquid crystal film was designed and fabricated,and random lasing action was studied.A mixture of laser dye,nematic liquid crystal,chiral dopant,and PVA was used to prepare the dye-doped polymer-dispersed liquid crystal film by means of microcapsules.Scanning electron microscopy analysis showed that most liquid crystal droplets in the polymer matrix ranged from 30 μm to 40 μm,the size of the liquid crystal droplets was small.Under frequency doubled 532 nm Nd:YAG laser-pumped optical excitation,a plurality of discrete and sharp random laser radiation peaks could be measured in the range of 575–590 nm.The line-width of the lasing peak was 0.2 nm and the threshold of the random lasing was 9 m J.Under heating,the emission peaks of random lasing disappeared.By detecting the emission light spot energy distribution,the mechanism of radiation was found to be random lasing.The random lasing radiation mechanism was then analyzed and discussed.Experimental results indicated that the size of the liquid crystal droplets is the decisive factor that influences the lasing mechanism.The surface anchor role can be ignored when the size of the liquid crystal droplets in the polymer matrix is small,which is beneficial to form multiple scattering.The transmission path of photons is similar to that in a ring cavity,providing feedback to obtain random lasing output.     

Comparison of the higher diffraction order images in methyl-red-doped liquid crystal films

We investigate the change of higher diffraction order images in holographic image storage and reconstruction process. In experiments, an s-polarized Ar⁺ laser (488.0 nm) was used to record permanent grating in the dye-doped liquid crystal, 4,4′-n-entylcyanobiphenyl (5CB) doped with 1 wt% methyl-red (MR), at a small incident angle. Higher diffraction order images were observed when the signal beam was focused in front of and behind the film. Then the film was illuminated by an s-polarized He–Ne laser (632.8 nm) in the direction perpendicular to the surface. The higher diffraction order images were reconstructed. A theory about the change of higher diffraction order images is developed, which is in good agreement with experimental results. The results show that the higher diffraction order provides a useful method for optical information processing.     

水冷10 Hz Yb:YAG激光放大器热管理

为了控制重频放大器的热致波前畸变,设计并加工了均匀冷却的背面水冷激活镜激光放大器,对放大器的热畸变特性开展了实验研究,实验发现在泵浦功率密度较高即重复频率达到10 Hz,平均功率密度达到200 W/cm2时,放大器的热畸变既影响远场分布又对近场产生显著的调制。近场的调制会给放大器带来较大的损伤风险。为了消除热畸变对近场的调制,首先对泵浦强度分布进行了匀化,然后对介质进行了边缘热平衡控制,消除了热畸变引起的近场调制。通过对上述因素的控制,采用水冷激活镜构型的四程放大器实现了在10 Hz频率下良好运行。在没有进行主动补偿的情况下,实现了远场焦斑优于5倍衍射极限的输出。     

基于液晶/聚合物光栅的高转化效率有机半导体激光器

采用有机半导体发光材料聚[2-甲氧基-5-(2-乙基己氧基)-1,4-苯乙炔]作为增益介质,低官能度光敏单体制备的液晶/聚合物光栅作为外部反馈谐振腔,制备出参数可独立控制的分离式结构的有机半导体激光器.液晶/聚合物光栅中液晶分子的取向影响光栅折射率调制量,从而影响光栅的反馈能力,最终影响激光器出射激光的性能.通过研究发现决定液晶分子取向的主要有两种与光栅周期有关的作用力,利用这一原理制备不同周期的光栅,光栅周期小于450 nm时,相分离出的液晶分子取向由光栅矢量方向变为光栅沟槽方向,此时光栅的折射率调制量增加,光反馈能力增强.采用周期为395 nm的液晶/聚合物光栅制备二级布拉格散射的有机半导体激光器,相较于大周期光栅(593 nm)制备的激光器,激光阈值由0.70μJ/pulse降低至0.18μJ/pulse,转化效率由2.5%提高到6.4%,且出射激光垂直于基板表面发射,有利于后续的处理及应用.     

Broadly tunable femtosecond parametric oscillator using a photonic crystal fiber

Pulses as short as 460 fs and a tuning range as wide as 200 nm around 1 microm have been achieved from a photonic-crystal-fiber-based parametric oscillator. The ring cavity with only 65 cm of photonic crystal fiber is synchronously pumped with a tunable passively mode-locked Yb-doped fiber laser. Widely extended tunability is achieved by using the modulation instability gain in normal dispersion as the result of high-order dispersion in the photonic crystal fiber.