石墨烯在中红外波段的光限幅效应研究

利用纳秒级脉冲量激光的Z 扫描方法对不同层数石墨烯薄膜在3 m~5 m中红外波段的光限幅效应开展了研究,获得的开孔Z扫描曲线均呈现出单一谷结构,而闭孔Z扫描曲线没有明显的峰谷对称结构。通过对开孔Z扫描实验数据进行数值模拟,分别得到3层石墨烯在3.010 m、3.522 m、4.326 m和4.880 4 m 4个中心波长处的三阶非线性吸收系数和光限幅阈值分别为11.3910-7cm/W、10.6110-7cm/W、9.7510-7cm/W、8.8110-7cm/W和3.49 J/cm2、3.75 J/cm2、4.11 J/cm2、4.55 J/cm2;3层、5层和7层石墨烯在3.522 m中心波长处的三阶非线性吸收系数和光限幅阈值分别为10.6110-7 cm/W、11.3210-7 cm/W、11.9510-7 cm/W和3.75 J/cm2、3.41 J/cm2、3.32 J/cm2。实验数据表明,石墨烯在中红外波段产生了较强的非线性反饱和吸收而具有明显的光限幅效应。     

碳纳米管悬浮液对532nm激光限幅机理的实验研究

通过光限幅、Z扫描、非线性吸收和散射能量分布实验,研究了碳纳米管悬浮液对532 nm激光的限幅机理以及样品厚度对光限幅机理的影响。结果表明:碳纳米管悬浮液的光限幅机理并非单纯的非线性散射,对低能量入射激光光限幅特性主要源于对入射激光的非线性吸收;对高能量入射激光,碳纳米管的吸收效应和它电离形成的微等离子体以及液体汽化所形成气泡散射效应的共同作用,使其具有较强的光限幅能力,对浓度一定的悬浮液,增加样品厚度虽然会增强其限幅效果,但却会减弱其非线性散射效应。     

抽运能量对受激布里渊散射光限幅特性的影响

采用布里渊噪声起源模型,数值模拟了受激布里渊散射介质CCl4对波长1064nm的Nd：YAG纳秒激光脉冲的传输特性及光限幅特性。入射抽运脉冲能量较低时,非线性介质对纳秒激光脉冲呈光学透明。入射抽运脉冲能量高于受激布里渊散射产生阈值后,透射脉冲峰值受限,脉宽压缩,能量趋于饱和,说明该光学系统同时具有光功率限幅和能量限幅的光限幅特性。利用理论模型模拟了如下光限幅参量：透射脉冲峰值功率、透射能量、能量透射率、脉宽压缩率依赖抽运光能量的变化关系。相应的理论模拟计算结果由实验进行验证,实验结果与理论模拟相符合。     

基于MgO∶PPLN晶体差频产生的宽调谐中红外连续激光光源

分别以1 083nm和1 550nm波段的窄线宽连续光源为泵浦光和信号光,搭建基于掺MgO周期铌酸锂晶体(MgO∶PPLN)准相位匹配原理的差频非线性效应产生中红外激光实验系统.根据系统温度和信号光波长调谐特性进行实验研究.在泵浦光波长固定条件下改变信号光波长,实现了窄线宽宽调谐中红外连续闲频激光输出,波长覆盖范围为3 547.6~3 629.1nm.当波长为1 082.8nm的泵浦光和波长为1 549.7nm的信号光功率分别放大到2.8 W和3.5 W时,对波长为3 597.0nm的中红外闲频光输出进行长时间功率扫描监测,得到最大功率为3.2mW,功率抖动引起不稳定度小于±1.6%的高稳定的中红外窄线宽激光输出.该研究结果可为设计和研制多波长窄线宽中红外光源提供参考.     

基于光子晶体光纤关联光子对频谱特性的研究

为了研究光子品体光纤在800 nm波段关联光子对的频谱特性.基于自发四波混频得到了脉冲抽运光产生的光子对的相位匹配函数和频谱甬数.数值计算、证明闲频光中心波长取796 nm时的频谱对称性最好;在假设闲频光频率为单一频率的前提下,利用简化频谱函数的表达式,通过改变光子晶体光纤零色散点色散斜率和非线性系数,以及抽运光的入射中心波长,进一步讨论了抽运光和光子晶体光纤参数变化对信号光和闲频光频谱函数的影响及变化规律.提出了有利于产生高纯度纠缠光子对的光纤参数和抽运光参数,结果对于在800 nm波段发展光子晶体光纤纠缠光子源的实验具有指导和参考意义.     

碳纳米粒子悬浮液光限幅性能数值模拟

碳纳米粒子悬浮液具有良好的光限幅性质,是一种优良的宽波段光限幅材料。通过热传导方程和米氏散射理论建立了微气泡半径与入射光能量、碳纳米粒子悬浮液散射系数和透过率的理论模型。采用Matlab数值模拟了散射系数随微气泡尺寸因子的变化关系,碳纳米粒子悬浮液光限幅性能随入射光能量的变化规律。研究了气泡尺寸因子、入射激光能量以及波长对碳纳米粒子悬浮液光限幅特性的影响。研究发现当激光能量达到一定值时,微气泡的半径保持恒定,不再随入射激光能量的增加而增加。微气泡尺寸的增大对碳纳米粒子悬浮液的透过率有着显著的影响。同时,碳纳米粒子悬浮液对不同入射光波长和光能表现出不同的光限幅性能。研究结果为实验研究提供了理论指导。     

非聚焦条件下CS2介质中受激布里渊散射光限幅特性的研究

采用布里渊噪声起源模型，数值研究了非聚焦条件下CS₂液体介质中脉冲传输的能量与功率特性.结果表明，在非聚焦条件下，透射光的功率波形仍然表现出光限幅特性，而透射能量随入射能量线性变化，不具有限幅特性，这一点与聚焦条件下的结果不同.以波长1053nm、脉宽20 ns的Nd:YLF激光器为光源，采用3∶1的缩束系统，通过衰减片调整入射光能量在2mJ—92mJ变化，获得了透射光能量和功率波形随入射能量变化的规律，并与聚焦条件下的结果进行了比较.实验结果与理论模拟相符合.由于聚焦条件下当入射能 关键词： 非线性光学 受激布里渊散射 光限幅 非聚焦     

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。     

基于闲频光谐振的中红外高能量、高光束质量KTiOAsO4光学参量振荡器

基于砷酸钛氧钾(KTA)晶体优良的非线性光学特性,研究了由1μm Nd:YAG纳秒脉冲调Q激光器泵浦的高能量、高光束质量闲频光单谐振光参量振荡器。选取合适镀膜参数的腔镜、优化腔型设计,建立了一个稳定紧凑的半球形对称闲频光单谐振腔,实现了高能量、高光束质量的近-中红外激光输出。在输入泵浦光的(1.064μm)最大能量为20.2 mJ时,输出信号光(1.535μm)和闲频光(3.468μm)的最大能量分别为2.91 mJ和1.13 mJ,对应信号光和闲频光的斜效率分别为20.9%和8.1%。闲频光单谐振的光参量振荡器具有更大的衍射损耗和光束发散角,可以极大的限制输出光束的光谱带宽、提高谐振闲频光的光束质量等优势,测量了输出中红外闲频光在两个正交方向上的光束质量因子分别为M_x²≈1.1,M_y²≈1.1。     

含石墨烯临界耦合谐振器的吸收特性研究

临界耦合谐振器是一种薄膜结构, 可以吸收几乎所有的入射电磁波而不产生散射. 为了有效的实现和控制临界耦合现象, 本文提出了在临界耦合结构中加入了基于石墨烯的多层薄膜结构来代替原来的吸收薄膜层. 计算表明临界耦合现象出现在近红外波段, 且可以通过调节石墨烯的费米能级来获得不同的临界耦合频率; 另外改变多层薄膜结构中介质的厚度、石墨烯的层数, 实现了临界耦合现象的可调谐性, 同时对于弛豫时间和入射角度对吸收效率的影响也做了相应讨论. 本文理论结果为基于石墨烯的临界耦合器件和光探测器件的设计提供了理论依据.     

基于光子晶体光纤的高纯度量子关联光子对的制备

使用脉冲光在室温下抽运一根长1 m 的高非线性光子晶体光纤, 产生了中心波长分别位于830 nm 和1411 nm的具有量子关联性的闲频与信号光子. 实验中闲频和信号通道的带宽分别是15 nm和35 nm. 对单通道光子计数率的拟合结果显示光子几乎全部来源于光纤中的自发四波混频过程, 未受到Raman散射噪声的影响. 当闲频和信号通道的光子产生率约为每脉冲0.0085个时, 测得符合计数率与随机符合计数率的比值为102, 接近理论极限, 不仅证明了光子对的低噪声性, 而且表明所产生的光子对本身具有窄带频谱特性, 因而实验中对其收集效率很高. 此外, 这种高纯度关联光子对还联接了不同波段, 在量子信息技术中有着潜在的应用.     

波长可调谐的瓦级连续橙红光激光器

介绍了基于复合腔结构的全固态波长可调谐的连续橙红色激光的输出特性。该复合腔由一个使用周期极化晶体MgO:PPLN的信号光单谐振光参量振荡器和一个LD侧面泵浦Nd:GdVO₄晶体的1 062.9 nm基频光谐振腔构成。s-偏振1 062.9 nm泵浦光抽运单谐振光参量振荡器产生s-偏振信号光腔内独立振荡。通过复合腔结构的优化设计,使独立振荡的p-偏振1 062.9 nm基频光与s-偏振信号光在2个子腔的重叠区内通过Ⅱ类角度匹配KTP晶体的腔内和频过程获得橙红色激光。当MgO:PPLN晶体的调谐温度从30 ℃上升至200 ℃时,s-偏振信号光的中心波长产生红移,导致其与p-偏振1 062.9 nm基频光和频产生的橙红色激光的中心波长从620.2 nm红移至628.9 nm。同时测得中红外波段闲频光的中心波长从3 714.2 nm蓝移至3 438.3 nm。在30 ℃最低设定温度时, 中心波长620.2 nm的橙红色激光和中心波长3 714.2 nm的闲频光最大连续输出功率分别达到2.0 W和2.9 W。     

氧化石墨烯/壳聚糖复合薄膜材料的制备及其非线性光限幅效应的研究

石墨烯及其衍生物作为新型碳纳米结构,由于其优异的光限幅性能而受到广泛关注,但现有的工作多侧重于其在液相体系中光限幅效应及其起因研究.本文以壳聚糖为成膜基质,将氧化石墨烯(GO)与壳聚糖(CS)在液相中均匀共混后成膜,对比研究GO溶液和GO-CS复合膜的光限幅效应及其起因.结果表明在线性透过率相同的情况下,GO在固相基质中表现出比液相基质更强的光限幅效应和更弱的非线性散射.这说明不同于碳纳米管简单的非线性散射,在GO中可能存在多种非线性光学效应.     

红外区磷化稼散射强度的计算与分析

根据Mie散射理论,对磷化稼粒子光散射特性进行了数值计算与理论分析,得到了散射强度与散射角、入射波长以及偏振度与散射角的关系。研究表明,红外波段光散射很小,前向散射占有优势,粒子半径越大,前向散射越强,并且在散射角900方向上能观测到线偏振光,对研究GaP红外光学特性提供了理论参考。     

碳纳米管悬浮液光限幅机理实验

近年来，实验发现碳纳米管在光限幅中表现出良好的性质，其光限幅带宽宽，响应时间短，限幅阈值较低，使其成为继C60后又一理想的光限幅材料。为了研究其光限幅机理，测量了碳纳米管悬浮液的散射和透射能量随入射激光能量的变化，限幅过程中散射光的角度分布以及探针光随时间的变化。     

非聚焦条件下CS2介质中受激布里渊散射光限幅特性的研究

采用布里渊噪声起源模型,数值研究了非聚焦条件下CS2液体介质中脉冲传输的能量与功率特性.结果表明,在非聚焦条件下,透射光的功率波形仍然表现出光限幅特性,而透射能量随入射能量线性变化,不具有限幅特性,这一点与聚焦条件下的结果不同.以波长1053 nm、脉宽20 ns的Nd:YLF激光器为光源,采用3∶1的缩束系统,通过衰减片调整入射光能量在2 mJ-92 mJ变化,获得了透射光能量和功率波形随入射能量变化的规律,并与聚焦条件下的结果进行了比较.实验结果与理论模拟相符合.由于聚焦条件下当入射能量较高时容易出现介质光学击穿,所以采用缩束结构的功率限幅更适用于高功率大能量的情况.     

飞秒BBO光参量放大中闲频光二次谐波的产生

由于相位匹配条件和非线性晶体透光范围的限制，400nm蓝光抽运的飞秒β-BaB₂O₄（BBO）光参量放大（OPA）输出的参量光调谐范围有限，很难得到波长小于460nm的蓝光和近紫外光.实验采用1kHz钛宝石九通啁啾脉冲放大器的倍频蓝光作抽运光，超连续白光 作种子光，在Ⅰ类非共线相位匹配条件下，利用宽带的飞秒BBO OPA，在一定的实验参数下 获得了530—810nm放大的信号光，以及810nm—17μm波段范围的闲频光.与此同时 ，还获得了410—700nm连续可调的闲频光的二次谐波，其与闲频光层叠分布，单脉冲能量 为26μJ，转换效率大于5%.仅利用单块晶体的飞秒BBO OPA就可以获得410—810nm连 续可调的飞秒脉冲输出，从而为更多研究和应用的需要提供了重要的光源.对飞秒光参量放 大中闲频光二次谐波产生的条件也进行了理论分析. 关键词： 二次谐波 闲频光 非共线相位匹配 飞秒光参量放大     

非谐振腔型KTP光参变振荡器

研究了双晶体走离补偿、非谐振腔型KTP光参变振荡器，利用一套膜片实现了KTP相位匹配所允许的全波段调谐，信号光调谐范围0.698μm-1.026μm，闲频光调谐范围1.105μm-2.237μm。5倍阈值处，信号光840nm最高输出能量53mJ，能量转换效率25.8%，量子转换效率40％，闲频光的量子郊率也达到32％。     

受激布里渊散射对纳秒激光脉冲光限幅规律

 研究了受激布里渊散射对纳秒激光脉冲的光限幅效应。针对四氯化碳介质研究了受激布里渊散射对2ns激光脉冲的光限幅和稳定输出能量的特性,给出了光限幅特性及输出能量与光限幅介质的结构参数之间的关系。对于输入能量波动范围在 13%的激光脉冲,实验获得输出能量波动范围为 7%,与理论分析的结果基本符合。     

高功率,红光至中红外可调谐腔内和频光学参量振荡器

本文利用高重复频率,高平均功率大模场面积飞秒光纤激光器作为同步抽运源,抽运以多周期极化掺氧化镁铌酸锂为非线性晶体的单共振光学参量振荡器,获得了高功率可调谐红光至中红外光,信号光调谐范围为1450—2200 nm,闲频光调谐范围为2250—4000 nm,在2 W的抽运功率下,信号光输出波长为1502 nm时获得最大输出功率374 mW,转换效率为18.7%,脉冲宽度为144 fs,此时中红外输出中心波长为3.4μm,平均功率为166 mW.再利用BBO晶体对信号光进行腔内和频,获得和频光输出波长调谐范围为610—668 nm,在4.1 W抽运的情况下,最高平均功率为615 nm处的694 mW,转换效率达16.9%.