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硒化锌及芴类衍生物的双光子光学非线性研究

作　者: 李常伟
导　师: 宋瑛林
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 光学
关键词: 双光子吸收简并双光束耦合硒化锌克尔液体芴类衍生物反射式光学非线性测量技术
分类号: O437
类　型: 博士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

双光子光学非线性是非线性光子学中的重要内容,由于双光子光学非线性独特的作用机理,使其在光学测量,光限幅,三维光学信息存储,三维光学微加工,双光子荧光成像,双光子荧光上转换,以及光动力学医疗等方面有着广阔的应用前景。双光子光学非线性的研究,可以加深和拓展对激光与物质相互作用的认识,同时,也可以为双光子非线性光学材料的发展提供理论指导。在本文中,主要围绕不同非线性介质中的双光子相互作用,展开理论和实验研究。论文的主要研究内容如下:采用双4f相干成像技术,表征了半导体材料硒化锌在近红外波段的双光子光学非线性。双4f相干成像技术的采用,完成了激光光斑分布在非理想情况下的光学非线性研究,打破了激光器输出不稳定对光学非线性研究的局限性,有利于实现宽频带光学非线性研究。根据半导体材料中普遍存在的光学非线性作用机制,采用双光子吸收诱导自由载流子折射理论,解释了在800nm波段,ps时域下,半导体材料硒化锌非线性折射率发生符号改变的实验现象。利用时间分辨泵浦探测技术,研究了DMF和DMSO两种克尔液体中的双光子吸收和简并双光束耦合两种双光子光学非线性机制。采用简并双光束耦合理论解释了克尔液体中的能量转移现象,通过在双光束耦合理论中引入双光子吸收机制,对泵浦探测实验曲线中的峰谷不对称性做出了合理的解释,通过比较由理论拟合双光束耦合现象获得的非线性光学参数,确定了两种克尔液体分子驰豫时间的比值。运用多种实验手段,研究了两种新型芴类衍生物的双光子光学非线性。利用时间分辨泵浦探测技术确定了两种芴类衍生物的双光子光学非线性机制为双光子吸收诱导激发态吸收。采用传统的Z-scan技术获得了与三能级模型相关的非线性光学参数,利用这些非线性光学参数,结合简并双光束耦合和双光子吸收诱导激发态吸收,很好地解释了简并双光束耦合和双光子吸收这两种光学非线性机制在时间分辨泵浦探测实验中的竞争关系。通过光限幅实验,研究了双光子吸收较强的一种芴类衍生物的光限幅特性,表明双光子吸收诱导激发态吸收这种存在多种限幅机制的材料具有较好的限幅效果。通过对比两种芴类衍生物的分子结构特征和双光子吸收截面的大小,定性获得了分子结构与材料的双光子吸收截面之间的关系,对研究材料的结构-性能关系,具有一定的指导意义。通过比较和分析两种反射式光学非线性测量技术的优势与不足,针对这两种技术存在的局限性,发展了基于相位物体的反射式光学非线性测量技术——反射式相位物体Z-scan技术,提出了更为高效的反射式测量技术——基于相位物体的反射式单点测量技术。利用基于相位物体的反射式单点测量技术,表征了非透明酞菁铜薄膜的光学非线性。

全文目录

摘要  4-6
Abstract  6-14
第1章绪论  14-31
  1.1 非线性光学效应  14-15
  1.2 双光子光学非线性的特点和应用  15-16
    1.2.1 双光子光学非线性的特点  15
    1.2.2 双光子吸收的应用  15-16
  1.3 双光子光学非线性的研究现状  16-28
    1.3.1 无机双光子非线性光学材料的研究现状  17-23
    1.3.2 有机双光子非线性光学材料的研究现状  23-26
    1.3.3 有机-无机复合型双光子非线性光学材料的研究现状  26-28
  1.4 双光子光学非线性测量技术  28-29
  1.5 论文研究的目的和意义  29
  1.6 本论文研究的主要内容  29-31
第2章硒化锌的双光子光学非线性研究  31-46
  2.1 引言  31
  2.2 双4f相干成像技术原理  31-40
    2.2.1 相衬原理  31-33
    2.2.2 双4f相干成像技术理论  33-38
    2.2.3 实验步骤与过程  38-40
  2.3 双光子吸收诱导非线性折射率符号改变  40-44
    2.3.1 实验结果  40-43
    2.3.2 理论分析  43-44
  2.4 光子能量对半导体材料双光子光学非线性的影响  44-45
    2.4.1 光子能量对双光子吸收系数的影响  44-45
    2.4.2 光子能量对非线性折射率的影响  45
  2.5 本章小结  45-46
第3章 DMF和DMSO两种克尔液体中的双光子光学非线性动力学  46-60
  3.1 引言  46
  3.2 简并双光束时间分辨泵浦探测理论  46-51
    3.2.1 简并双光束时间分辨泵浦探测技术  46-48
    3.2.2 简并双光束耦合理论  48-51
  3.3 Z-scan技术测量原理  51-55
  3.4 克尔液体DMF和DMSO中的双光子光学非线性  55-59
  3.5 本章小结  59-60
第4章新型芴类衍生物的双光子光学非线性研究  60-74
  4.1 引言  60
  4.2 样品的制备和表征  60-62
    4.2.1 样品的制备  60-61
    4.2.2 分子结构和线性光谱特性  61-62
  4.3 F系列衍生物的双光子光学非线性  62-70
    4.3.1 F系列衍生物的光学非线性机制分析  62-64
    4.3.2 双光子吸收诱导激发态吸收  64-68
    4.3.3 双光子吸收诱导激发态吸收和双光束耦合的竞争  68-70
  4.4 样品F2 的光限幅性能研究  70-72
    4.4.1 光限幅实验原理  71
    4.4.2 样品F2 的光限幅测量结果及分析  71-72
  4.5 本章小结  72-74
第5章反射式双光子光学非线性测量技术  74-89
  5.1 引言  74
  5.2 表面的定义和基本特性  74-75
    5.2.1 表面的定义  74-75
    5.2.2 表面的基本特性  75
  5.3 反射式双光子光学非线性的测量原理及技术  75-79
    5.3.1 反射式双光子光学非线性的测量原理  75-76
    5.3.2 反射Z-scan技术  76-78
    5.3.3 反射单脉冲扫描技术  78-79
  5.4 反射式相位物体Z-scan技术  79-84
    5.4.1 反射式相位物体 Z-scan 实验原理  79-82
    5.4.2 理论分析  82-84
  5.5 基于相位物体的反射式单点测量技术  84-88
    5.5.1 实验过程与步骤  84-85
    5.5.2 非透明酞菁铜薄膜光学非线性的测量  85-88
  5.6 本章小结  88-89
结论  89-91
参考文献  91-104
攻读博士学位期间发表的学术论文及其它成果  104-108
致谢  108-109
个人简历  109

硒化锌及芴类衍生物的双光子光学非线性研究

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