3 μm~5 μm中红外激光辐照石墨烯非线性散射实验研究

为了研究石墨烯器件在中红外波段的光限幅机理,采用化学气相沉积法制备出层数可控的石墨烯薄膜CaF2镜片,并基于MgO∶PPLN周期极化晶体搭建了全固态中红外光学参量振荡器,利用3 m~5 m波长可调谐的闲频光开展了石墨烯薄膜散射实验,测量了石墨烯薄膜的散射信号与入射光强度变化的归一化曲线。当闲频光能量超过1 J/cm2时,石墨烯被迅速汽化,电离形成的微小等离子体和石墨烯微片对入射闲频光产生多重非线性散射,散射能量信号呈现出快速非线性增长趋势,并且散射能量信号值的增长率与闲频光的入射波长成反比,与石墨烯的层数成正比关系,从而验证了石墨烯对中红外波段激光较强的非线性散射使其具有光限幅效应。     

石墨烯的三阶非线性和光双稳态调控特性

研究单层石墨烯的三阶非线性和光双稳态效应。通过理论分析和数值模拟,改变单层三阶非线性石墨烯的费米能级、弛豫时间、双光子吸收系数及温度条件,调制单层三阶非线性石墨烯光双稳态的阈值大小。单层三阶非线性石墨烯的费米能级越大,温度越高,则光双稳态的阈值越大;双光子吸收系数越大,双稳态的低阈值越大;弛豫时间和双光子吸收系数会明显地改变石墨烯结构的光透射率,而光透射率则对石墨烯材料自身温度不敏感。该结论可为设计各类微纳结构的光子器件如光开关和光传感等提供理论依据。     

基于Z扫描系统的石墨烯非线性吸收特性研究

利用Z扫描系统研究了多层石墨烯非线性光学吸收特性。结果表明多层石墨烯在激光作用下具有反饱和吸收特性,且非线性折射系数为正。随着层数增大,非线性光学吸收系数减少得慢一些。基于微观尺寸效应,2～5层石墨烯的叠层方式也会影响到非线性吸收系数的值。另外,激光的强度、中心波长和脉宽等因素都会影响样品非线性光学吸收系数的结果。石墨烯具有非常优良的非线性光学特性,为其制成非线性光学器件提供了有效的实验依据。     

Bi_2O_3-B_2O_3-Ga_2O_3玻璃的三阶非线性研究

采用传统熔融淬冷法制备了4组高Bi2O3含量的Bi2O3-B2O3-Ga2O3玻璃样品。测试了样品的密度、折射率和透过光谱,并分析了它们和Ga2O3含量之间的关系,拟合了样品的线性折射率随波长的变化曲线。根据Z扫描实验原理,利用钛宝石飞秒激光器测量了800 nm波长下各个样品的三阶非线性折射率n2以及非线性吸收系数β。结果表明:随着Ga2O3含量的增加,样品的线性折射率n0和三阶非线性折射率n2也随之增加,线性折射率最大样品对应的n2和β分别为3.331×10-18m2/W和0.695 cm/GW,表明该系列玻璃样品是一种优良的三阶非线性光学基质材料。     

咔唑-苯并噻唑类衍生物薄膜的线性及非线性光学性质

以咔唑为电子供体,苯并噻唑为电子受体,合成了两种新型咔唑-苯并噻唑衍生物3-(2-苯并噻唑-2-基乙烯基)-N-乙基咔唑和3,6-二(2-苯并噻唑-2-基乙烯基)-N-乙基咔唑,通过核磁共振和分光光度计对其结构进行表征.利用刮刀法制备质量分数为4％的衍生物/聚酰亚胺的复合薄膜.采用透射光谱法和单光束Z-扫描技术分别测试了衍生物的线性和三阶非线性光学特性.Z扫描实验结果表明3-(2-苯并噻唑-2-基乙烯基)-N-乙基咔唑薄膜的非线性吸收系数和非线性折射系数分别为β1=-2.118 9×10-10 cm/W、r1=2.285 2×10-14 cm2/W,具有反饱和吸收特性和自聚焦效应;同时3,6-二(2-苯并噻唑-2-基乙烯基)-N-乙基咔唑薄膜的非线性吸收系数与非线性折射系数分别为β2=-1.275 6×10-9 cm/W、r2=-7.039 9×10-14 cm2/W,具有反饱和吸收特性和自散焦效应.     

单层与双层石墨烯的光学吸收性质研究

采用紧束缚模型分别描述单层、双层石墨烯的能带结构, 利用光子-电子相互作用的二阶微扰理论分别计算单光子和双光子吸收系数.计算结果表明: 单层石墨烯单光子吸收系数为常数, 约为6.8×10⁷ m^-1, 即单层石墨烯对入射光的吸收率约为2.3%; 双层石墨烯的单光子吸收比单层石墨烯的单光子吸收强, 且随入射光波长呈分段性变化.单层石墨烯的双光子吸收系数与波长λ⁴成正比; 双层石墨烯双光子吸收系数在红外波段(～ 3100 nm处)有一个很强的共振吸收峰. 研究结果可为石墨烯材料在光电子器件的研究和制作方面提供指导. 关键词： 石墨烯 光学吸收 紧束缚模型     

咔唑-苯并噻唑类衍生物薄膜的线性及非线性光学性质（英文）

以咔唑为电子供体,苯并噻唑为电子受体,合成了两种新型咔唑-苯并噻唑衍生物3-(2-苯并噻唑-2-基乙烯基)-N-乙基咔唑和3,6-二(2-苯并噻唑-2-基乙烯基)-N-乙基咔唑,通过核磁共振和分光光度计对其结构进行表征.利用刮刀法制备质量分数为4%的衍生物/聚酰亚胺的复合薄膜.采用透射光谱法和单光束Z-扫描技术分别测试了衍生物的线性和三阶非线性光学特性.Z扫描实验结果表明3-(2-苯并噻唑-2-基乙烯基)-N-乙基咔唑薄膜的非线性吸收系数和非线性折射系数分别为β1=-2.118 9×10-10 cm/W、r1=2.285 2×10-14 cm2/W,具有反饱和吸收特性和自聚焦效应;同时3,6-二(2-苯并噻唑-2-基乙烯基)-N-乙基咔唑薄膜的非线性吸收系数与非线性折射系数分别为β2=-1.275 6×10-9 cm/W、r2=-7.039 9×10-14 cm2/W,具有反饱和吸收特性和自散焦效应.     

三维手性壳状银纳米结构的非线性饱和吸收特性研究（英文）

采用微球自组装及倾斜真空热蒸镀技术制作了三维手性壳状银纳米结构,采用Z扫描技术研究了该样品在532nm波长、4ns脉宽的Nd:YAG激光入射下的非线性饱和吸收特性。研究结果表明,当入射激光强度达到2.5×10~9 W/cm~2时,其非线性吸收系数可达-1.45×10~(-5) cm/W,该结果比文献报道的悬浮液中的胶体银纳米颗粒的非线性吸收系数(-1.5×10~(-9) cm/W)大四个数量级。实验还发现,该样品的非线性吸收系数随着入射激光的偏振方向改变而出现明显的变化。文中对其非线性吸收的增强机理及偏振依赖性进行了分析讨论。     

“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.     

三-α-(2,4-二甲基-3-戊氧基)溴硼亚酞菁的三阶非线性光学性质研究

应用Z扫描技术，在波长为532nm、脉宽为8ns条件下，对一种新型亚酞菁配合物三-α-(2,4-二甲基-3-戊氧基)溴硼亚酞菁的三阶非线性光学特性进行了研究，结果发现，该新化合物有较强的反饱和吸收(β=3.7×10^-10 m/W)效应和非线性自聚焦折射效应(n₂=7.2×10^-11esu)，其三阶非线性极化率χ⁽³⁾=1.1×10^-11esu.分析了溴硼亚酞菁配合物特殊的锥形分子结构和重原子溴的轴向配位等因素对其三阶非线性光学性质的重要影响. 关键词： 亚酞菁 Z扫描 三阶光学非线性     

Nonlinear optical and optical limiting studies of alkoxy phthalocyanines in solutions studied at 532 nm with nanosecond pulse excitation

We report our results on the nonlinear optical and optical limiting properties of two alkoxy phthalocyanines namely 2,3,9,10,16,17,23,24-octakis-(heptyloxy) phthalocyanine and 2,3,9,10,16,17,23,24-octakis-(heptyloxy) phthalocyanine zinc(II) studied at a wavelength of 532 nm using 6 ns pulses. Using the standard Z-scan technique we observed that both the phthalocyanines exhibited negative nonlinearity as revealed by the signature of closed aperture data. The magnitude of the nonlinear refractive index n₂ evaluated from the closed aperture data was ∼ 1.61×10^-11 cm²/W for the free-base phthalocyanine and ∼ 1.56×10^-11 cm²/W for the metallic phthalocyanine. Open aperture Z-scan data indicates strong nonlinear absorption in both the phthalocyanines with measured nonlinear coefficients of ∼ 1650 cm/GW and ∼ 1850 cm/GW respectively. We also report optical limiting properties of these phthalocyanines with limiting thresholds (I_1/2) of ∼ 0.5 J/cm². Our studies suggest that these phthalocyanines are one of the best molecules for nonlinear optical applications studied recently. PACS 42.65.-k; 42.70.Jk, 42.65.Jx     

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.     

基于铋可饱和吸收体的超快激光产生

采用磁控溅射沉积法在微纳光纤表面上镀一层纳米级厚度的铋薄膜,制备了一种微纳光纤-铋膜结构的可饱和吸收体.在1.5μm处的非线性光调制深度为14%.将其应用到掺铒光纤激光器中,在1.5μm波段获得稳定的超快脉冲激光产生,脉宽为357 fs,输出功率为45.4 mW,单脉冲能量为2.39 nJ,信噪比为84 dB.实验结果表明,利用磁控溅射法可制备出大调制深度的可饱和吸收体,为获得高能量超短脉冲激光输出提供新方案.     

偶氮分散红聚合物薄膜的Z扫描研究

采用单光束Z扫描技术对新型光学存储材料偶氮分散红聚合物的薄膜样品进行了测量。实验结果表明 ,该样品的非线性折射率为负值。为消除非线性吸收的影响 ,将实验所得有孔Z扫描曲线除以开孔Z扫描曲线进行了处理。从Z扫描曲线的实验数据处理得到这种新型偶氮分散红聚合物薄膜材料的非线性折射率为 :- 5 .5× 10 -6cm2 /W ,其值比常见无机非线性光学材料大 8～ 9个数量级 ,是一种很有应用前景的新型光学存储材料。最后 ,对这种偶氮聚合物薄膜具有大的非线性折射率的物理机制进行了分析。初步认为 :在线偏振光照射下 ,偶氮分子变为各向异性。这些类似液晶相的分子很好地关联在一起 ,分子的取向对外界扰动的响应是一种集体的效果 ,所以他们具有很大的非线性响应。     

一种新型芴类衍生物的光谱及光限幅性能分析

利用Heck反应合成了一种新型的共轭长链的芴类衍生物,研究了它的线性和非线性光学特性。测试了它在石油醚、二氯甲烷、乙酸乙酯和二甲基甲酰胺(DMF)四种不同极性溶剂中的紫外吸收和荧光光谱特性,结果表明溶剂极性对新物质紫外吸收光谱和荧光光谱有一定程度的影响,随着溶剂极性的增加,吸收光谱和荧光光谱均红移。在激发波长为1064nm皮秒激光器作用下,测试了新物质的光学非线性——光限幅效应,结果显示其透射率随入射光强的变化呈现非线性降低,限幅效应明显。根据分析得出,此光限幅效应是由三光子吸收引起。通过数据拟合,得出了新物质的三光子吸收系数γ为5.4×10-21 cm3/W2及相应的三光子吸收截面σ′3为7.3×10-77 cm6.s2。     

Photophysical and nonlinear optical properties of zincphthalocyanines with peripheral substitutions

Photophysical and nonlinear optical properties of zinc phthalocyanines (ZnPc) bearing peripheral phenoxy substituents containing different functionalized groups were studied. Fluorescence spectra corresponding to the optical transition S₁ → S₀ are found to be appeared at 684 or 686.4 nm. Z-scan technique reveals large nonlinearities, where the absorptive and refractive effects are separately evaluated. Saturation absorption of ZnPc-1 was observed at 632.8 nm, with a very large nonlinear absorption coefficient β = −1.36 × 10⁻² cm/W. However a strong nonlinear refractive effect was found in all ZnPcs (1-4). Transmitted versus incident irradiance measurements carried out on ZnPc-1 and ZnPc-2, showed a very clear optical limiting behavior with irradiance thresholds around be 44 W/cm² and 90 W/cm² respectively.     

新型纳米合成物的光限幅特性研究

报道了基于富勒烯 C6 0 结构体系的零价金纳米粒子合成物的光限幅特性。使用 Z- scan技术对实验结果进行了分析。结果表明 ,材料的限幅机理主要起源于非线性吸收和吸收所致的非线性散射     

Nonlinear optical characterization of LaEr(MoO<Subscript>4</Subscript>)<Subscript>3</Subscript> thin films using the <Emphasis Type="BoldItalic">Z</Emphasis> -scan technique

The nonlinear optical properties of thin films of LaEr(MoO₄)₃ were studied using a ∼30 ps Nd:YAG laser at 532 nm with a repetition rate of 250 Hz. Closed aperture Z-scan measurement revealed a negative nonlinearity in the LaEr(MoO₄)₃. The nonlinear refractive index γ=1.38×10^-10 cm²/W and nonlinear absorption coefficient β=16.8×10^-6 cm/W were calculated from the Z-scan data. The fluorescent upconversion spectra were recorded with 980 nm excitation. An optical switching mechanism based on nonlinear absorption is also presented experimentally. PACS 81.15.Fg; 77.84.Bw; 33.50.Dq; 42.70.Mp