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。     

基于衍射理论的Z扫描技术分析与数值模拟

以菲涅耳-基尔霍夫衍射理论为基础,对通过非线性介质的高斯光束传输行为进行理论分析,分别给出了强吸收、无吸收情况下开孔、闭孔Z扫描曲线公式;对不同条件下非线性介质的归一化透过率进行数值模拟计算,发现Z扫描曲线透射峰和透射谷表现出3种新的特性：随着入射激光峰值光强的增加,Z扫描曲线透射峰的高度受到抑制,而透射谷则加强变得更深;非线性相移的增加对Z扫描曲线透射峰和透射谷均有增高和加深的作用;激光束束腰半径越大,Z扫描曲线的峰谷特征越明显。     

基于衍射理论的Z扫描技术分析与数值模拟

以菲涅耳-基尔霍夫衍射理论为基础,对通过非线性介质的高斯光束传输行为进行理论分析,分别给出了强吸收、无吸收情况下开孔、闭孔Z扫描曲线公式;对不同条件下非线性介质的归一化透过率进行数值模拟计算,发现Z扫描曲线透射峰和透射谷表现出3种新的特性:随着入射激光峰值光强的增加,Z扫描曲线透射峰的高度受到抑制,而透射谷则加强变得更深;非线性相移的增加对Z扫描曲线透射峰和透射谷均有增高和加深的作用;激光束束腰半径越大,Z扫描曲线的峰谷特征越明显。     

大非线性相移下光学非线性Z扫描特性的研究

采用高斯分解法(GD)对大非线性相移下的Z扫描特性进行了分析,通过对数值算法的优化,将GD推广到对脉冲入射激光下大非线性相移下的Z扫描理论分析.对不同条件下大非线性相移Z扫描曲线峰谷结构的比较,发现在大非线性相移的情况下,Z扫描曲线的峰和谷随透过光阑或入射光强变化表现出某些新的特性.随着透过光阑孔径的增加,Z扫描曲线峰的变化要明显快于谷的变化,而且在谷明显存在的情况下,峰很快消失.采用皮秒脉冲激光下的纯二硫化碳实验对理论结果加以验证,实验结果和理论分析相一致.我们的分析结果对大非线性相移下Z扫描测量有一定的指导性意义,避免在大非线性相移下对Z扫描结果产生错误的分析.     

大非线性相移下光学非线性Z扫描特性的研究

采用高斯分解法(GD)对大非线性相移下的Z扫描特性进行了分析，通过对数值算法的优化，将GD推广到对脉冲入射激光下大非线性相移下的Z扫描理论分析.对不同条件下大非线性相移Z扫描曲线峰谷结构的比较，发现在大非线性相移的情况下，Z扫描曲线的峰和谷随透过光阑或入射光强变化表现出某些新的特性.随着透过光阑孔径的增加，Z扫描曲线峰的变化要明显快于谷的变化，而且在谷明显存在的情况下，峰很快消失.采用皮秒脉冲激光下的纯二硫化碳实验对理论结果加以验证，实验结果和理论分析相一致.我们的分析结果对大非线性相移下Z扫描测量有一定的指导性意义，避免在大非线性相移下对Z扫描结果产生错误的分析. 关键词： 大非线性相移 高斯分解法 Z扫描     

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。     

强非线性吸收下高斯光束Z-扫描衍射理论模型

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。     

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。     

三五阶非线性下啁啾超高斯脉冲的啁啾和频谱

利用三五阶非线性效应下的扩展非线性薛定谔方程,在忽略光纤色散的情况下,计算模拟了以二阶情形为例的啁啾超高斯光脉冲的啁啾和频谱。结果表明,脉冲无预啁啾时,正五阶非线性增大啁啾量,负五阶非线性在减小啁啾量的同时还改变啁啾曲线的形状。当预啁啾与五阶非线性系数同(异)号时,总啁啾增加(减小)。随着超高斯脉冲阶次的增大,总啁啾量增大,脉冲中心附近无啁啾的范围变宽,整个有啁啾的范围变小,总啁啾中预啁啾所占比重增大。脉冲无预啁啾时,正负五阶非线性分别可以增大和减小频谱展宽。预啁啾若增强非线性所致啁啾,则可能使频谱峰值结构加强,谱峰数目增多。当超高斯光脉冲的阶次或最大非线性相移增大时,在某些宽大的频谱峰上还可能出现许多精细谱峰。     

双波长啁啾相移光纤光栅

理论研究并实验验证了一种含有两段π相移的啁啾相移光纤光栅.采用F矩阵对啁啾相移光纤光栅进行计算并分析了该光栅的谱特性.含有两段π相移的啁啾相移光纤光栅可以在普通啁啾光栅透射谱阻带中产生双波长透射峰,透射峰位置直接取决于光栅中π相移的位置,透射峰的线宽和透射峰的波长间隔没有关系,仅随着啁啾率的增大而增大.采用带相位掩模的逐点扫描法对含有两段π相移的双波长啁啾相移光栅进行了制作,获得波长间隔为8 nm的双波长透射谱的光栅器件.该光栅的消光比和3 dB谱线宽分别为20 dB和0.08 nm,实验结果和理论设计一致.     

Analyses and computations of asymmetric Z-scan for large phase shift from diffraction theory

Based on Presnel-Kirchhoff diffraction theory, we set up a diffraction model of nonlinear optical media to Gaussian beam, which can interpret the Z-scan phenomenon from a new way. This theory is not only well consistent with the conventional Z-scan theory in the case of small nonlinear phase shift, but also can fit for the lager nonlinear phase shift. Numeric computations indicate the shape of the .Z-scan curve is greatly affected by the value of the nonlinear phase shift. The symmetric dispersion-like Z-scan curve is only valid for small nonlinear phase shift (|Δφ0| < π), but with increasing the nonlinear phase shift, the valley of the transmittance is severely suppressed and the peak is greatly enhanced. Further calculations show some new interesting results.     

Finite thickness lens model for self-focusing (defocusing) in Kerr medium

A “finite thickness lens” model for self-focusing (defocusing) in Kerr medium is presented. An on-axis normalization transmittance formula is presented for arbitrary nonlinear phase shift for the finite thickness Kerr medium by introducing a nonlinear ABCD-matrix for the transition of a Gaussian beam from linear to non-linear medium, without complex calculation for the beam radius at the far field aperture. The variation of the peak and valley transmittance difference is found to enhance linearly as the phase shift at the focus increases by increasing the thickness of the medium. If the ratio of the Rayleigh istance divided by the thickness of the medium (d/z0) is constant and small enough, the peak and valley transmittance difference stays constant. Finally, a qualitative formula is presented to express the relationship between the system parameters and the on-axis phase shift at the focus.      

强非线性吸收下Z扫描衍射模型及实验研究

根据光的衍射理论,建立了非线性光学介质对高斯光束的开孔Z 扫描理论模型.数值计算表明,当相移比值Γ≤0.15,出射光功率随入射光功率的增加出现振荡衰减现象;当Γ>0.15,在输入光强低于某一个值时,输出随输入的增加而线性增加;当输入光强超过该值后,输出功率不再增加甚至趋于零.实验采用Nd∶YAG脉冲激光,在波长为532 nm,脉宽8 ns条件下,对含3.5%和7.0%碳纳米管的聚苯胺/碳纳米管复合体薄膜（PANI/MWCNT）的非线性吸收特性进行了研究.计算表明,该类化合物的激发态吸收截面积远大于其基态吸收截面积,具有很强的反饱和吸收.     

一种新型有机染料HEASPS在不同波长时的双光子吸收和频率上转换性质研究

报道了一种新型双光子吸收染料 ,即反式 - 4- [4′- (N-羟乙基 - N-乙基胺基 )苯乙烯基 ]- N-甲基吡啶对甲苯磺酸盐的非线性光学性质 ;测试了染料在 72 0～ 110 0 nm波段的非线性透过率曲线。结果发现 :双光子吸收最强波长相对线性吸收峰波长的两倍处有明显蓝移 ;计算出的相应波长的双光子吸收截面在 930 nm处染料有最大双光子吸收截面(2 .0 6× 10 - 4 7cm4·s/ photon) ;测量了染料在 90 0～ 110 0 nm波段的上转换效率 ,在 10 2 0 nm处有最高效率 (5 .1% ) ,最高激射效率的波长相对最强双光子吸收的波长有明显红移     

Mg, Sr掺杂CaF2电子结构及光学性质的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理方法对纯CaF2晶体和Mg、Sr掺杂CaF2体系的晶体结构、电学以及光学性质进行了详细的对比研究, 结果表明: 与纯CaF2晶体相比, 掺杂体系的带隙变窄且形成新的态密度峰, 费米面附近出现F与Mg、Sr原子间轨道杂化加强现象. 另外, 掺杂体系仅表现出介电性质, 其对紫外光的吸收强度大大减弱, 而Ca7SrF16掺杂体系在25.44 eV处产生新的小吸收峰. CaF2晶体掺入Mg、Sr原子后, 体系在紫外光区的消光系数减小且对紫外光的透过率增大. 此外, 掺杂体系的反射谱峰和损失函数峰均发生红移且峰值显著降低.     

Mg, Sr掺杂CaF2电子结构及光学性质的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理方法对纯CaF2晶体和Mg、Sr掺杂CaF2体系的晶体结构、电学以及光学性质进行了详细的对比研究, 结果表明: 与纯CaF2晶体相比, 掺杂体系的带隙变窄且形成新的态密度峰, 费米面附近出现F与Mg、Sr原子间轨道杂化加强现象. 另外, 掺杂体系仅表现出介电性质, 其对紫外光的吸收强度大大减弱, 而Ca7SrF16掺杂体系在25.44 eV处产生新的小吸收峰. CaF2晶体掺入Mg、Sr原子后, 体系在紫外光区的消光系数减小且对紫外光的透过率增大. 此外, 掺杂体系的反射谱峰和损失函数峰均发生红移且峰值显著降低.     

Z-scan measurement of the nonlinear refractive index of graphene

Under strong laser illumination, few-layer graphene exhibits both a transmittance increase due to saturable absorption and a nonlinear phase shift. Here, we unambiguously distinguish these two nonlinear optical effects and identify both real and imaginary parts of the complex nonlinear refractive index of graphene. We show that graphene possesses a giant nonlinear refractive index n(2)?10(-7) cm(2) W(-1), almost 9 orders of magnitude larger than bulk dielectrics. We find that the nonlinear refractive index decreases with increasing excitation flux but slower than the absorption. This suggests that graphene may be a very promising nonlinear medium, paving the way for graphene-based nonlinear photonics.     

钴卟啉溶液的光限幅特性研究

对大分子有机化合物钴卟啉的非线性光学特性在 4 5 7 9,4 88和 5 14 5nm三个连续激光波长下进行了研究。用单光束z scan技术测到三个曲线均是先出现峰值后出现谷值 ,按照Sheik bahae等人的理论该样品的非线性折射率为负值 ,即样品具有热自散焦效应。反饱和吸收特性的研究结果得到三个透射率T随入射激光功率的增大而减小的曲线 ,表明该样品在这三个波长下均呈现出反饱和吸收效应。众所周知 ,热自散焦效应和反饱和吸收效应都能导致光限幅。文章的实验结果也表明 :钴卟啉在三个波长下均具有光限幅特性 ,限幅阈值随着波长的减小而减小 ;其光学限幅效果好且限幅阈值低 ,是一种有较大潜在应用价值的新型光限幅材料。因此 ,可以利用这两种效应对钴卟啉的共同作用 ,制成新型光限幅器件