超连续白光Z扫描技术测量材料的非线性光学特性研究

摘要

近年来，双光子吸收效应在众多领域中展现出良好的应用前景，所以测量双光子吸收系数的实验研究也成为非线性光学的前沿课题之一，Z扫描技术由于光路简单、灵敏度高被广泛应用。论文的主要工作就是基于传统的Z扫描技术，用高能、宽谱的超连续白光飞秒脉冲激光代替单波长光源，得到一种快速测量有机物和半导体材料的双光子吸收谱(可见到近红外波段)的方法—超连续白光的Z扫描方法，并结合时间分辨光谱技术研究了新型材料的光物理特性。
　　 论文的主要工作和研究成果如下：
　　 1.Z扫描实验中，被测介质放在会聚透镜的焦点附近，并可沿着传播方向前后移动，介质的非线性吸收引起高斯光束透射率的改变，通过探测透射率的改变计算得到非线性吸收系数。我们利用钛宝石再生放大系统输出的800nm飞秒激光泵浦超纯水产生超连续谱代替了单波长光源，从而避免使用其他可调谐光源(光参量放大器OPA/光参量产生OPG)改变波长后引起的光路校准问题，大大缩短了Z扫描测量双光子吸收谱的时间。通过测量ZnSe样品的简并双光子吸收系数，验证了超连续白光Z扫描技术的可靠性。
　　 2.用超连续白光Z扫描技术测量了一种新型有机π共轭体的双光子吸收截面，这类有机分子采用两个吡啶分子对称结构连结，增加了分子共轭长度，使得π电子更丰富。实验结果表明：这种结构有效地增大双光子吸收截面。通过与超连续白光非线性透过率方法的实验结果对比，发现超连续白光Z扫描在弱光波段更具灵敏性。
　　 3.采用800nm Z扫描技术测量液相法制备的氧化锌纳米球和纳米棒的双光子吸收系数，纳米氧化锌薄膜并没有取得比以往文献中氧化锌微晶薄膜更高的吸收系数，分析原因如下：a).800nm远离氧化锌双光子共振吸收峰，双光子共振吸收减弱，造成测得的双光子吸收系数小；b).当激光功率密度达到几百GW/cm2时，可有效地激发纳米棒产生三光子吸收效应，三光子与双光子的并存现象造成拟合出来的双光子吸收系数比较小。
　　 4.结合时间分辨光谱技术研究了上述氧化锌纳米结构与有机导电聚合物P3HT复合膜的能量传递过程。通过观察聚合物荧光寿命缩短，发现氧化锌纳米结构的掺杂扩大了电子给体和受体的界面面积，有效提高了载流子分离速率。另外，通过适当络合物的掺杂，使得电子给体和电子受体的能带之间形成较平滑的梯度，更为有效地提高了载流子分离速率。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 绪论

1.1引言

1.2超连续白光Z扫描技术简单回顾

1.3本文研究目的和主要意义

参考文献

第二章 双光子吸收的理论描述和实验方法

2.1双光子吸收的理论描述

2.1.1非线性波动方程

2.1.2双光子吸收的耦合波理论

2.1.3双光子吸收截面

2.2光子吸收截面实验测量方法概述

2.2.1非线性透过率测试方法

2.2.2 Z扫描方法

2.2.3瞬态吸收谱方法

2.2.4双光子诱导荧光法

2.3本章总结

参考文献

第三章 超连续白光Z扫描的实验研究

3.1前言

3.2超连续白光的产生

3.2.1飞秒激光泵浦凝聚态介质

3.2.2光子晶体光纤中超连续波的产生

3.3线性可调窄带滤色片

3.4超连续白光Z扫描实验结果

3.4.1半导体材料

3.4.2有机材料

3.5本章总结

参考文献

第四章 氧化锌纳米材料的光物理特性研究

4.1氧化锌材料的非线性特性研究现状

4.1.1氧化锌纳米材料的制备方法

4.1.2实验结果与讨论

4.2氧化锌纳米颗粒掺杂的能量转移过程

4.2.1 ZnO/P3HT能量传递模型

4.2.2载流子超快动力学研究实验结果与讨论

4.3本章总结

参考文献

第五章 论文总结与展望

附录A 用Matlab拟合双光子吸收系数

攻读硕士学位期间发表的论文

致谢