分子双光子吸收截面与泵浦超短脉冲激光时空关系的研究

摘要

目前，确定分子双光子吸收截面主要有两类方法：诱导荧光法和能量透过率法，后者特别适合于非荧光物质。然而，能量透过率法所依据的非线性吸收方程由于没有包含对时间的微分项，在对作为激发光的超短脉冲激光的时域结构处理方面缺乏合理性。本论文将麦克斯韦方程应用到非磁、非导电和无自由电荷的均匀介质中，根据介质折射率和三阶电极化率的复数性，从理论推导、数值计算和模拟等方面，研究了介质在双光子吸收下分子双光子吸收截面与泵浦超短脉冲激光时空结构的关系。论文的研究工作取得了以下主要结果：
　　1、在仅考虑介质三阶非线性光学效应双光子吸收的条件下，理论推导并得出了脉冲激光的振幅所满足的非线性微分方程。利用常用的缓变振幅近似以及光强与振幅的关系，进一步得到了短脉冲激光在均匀介质中传播时光强所满足的非线性吸收方程。该方程包含了对光强求时间导数的微分项。
　　2、对包含有时间微分的非线性吸收方程进行了数值求解，得到了在介质中的光强随时间和传播距离的数值曲线。通过分析数值曲线特征，进一步找到了满足该吸收方程的一个解析解。通过对该解析解的数值模拟，发现脉冲激光在介质中传播时，其脉冲宽度由于分子的双光子吸收而出现展宽效应。这种展宽效应与传播距离及分子的双光子吸收截面有关。其中样品厚度L、双光子吸收系数以及入射光峰值强度I0均会影响到输出脉冲激光强度；脉冲在样品中传输时由于介质的双光子吸收，出射光强不断降低，脉宽也随着展宽。吸收系数越大，脉宽展宽越大，出射光下降越大。
　　3、根据介质的双光子吸收造成的激光脉冲的脉宽展宽效应，提出了一种测量双光子吸收截面的新建议。通过测量脉冲激光穿过样品前后的脉冲展宽率，在实验上确定介质分子的双光子吸收截面。

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第一章 绪论

§1-1引言

§1-2双光子吸收截面与泵浦脉冲激光时空关系的研究现状

§1-3基于非线性光学效应的波动方程

§1-4论文主要内容

第二章 确定分子双光子吸收截面的基本原理

§2-1介质的折射率与三阶电极化率

§2-2双光子吸收截面的主要测量原理

第三章 双光子吸收截面与泵浦超短脉冲激光时空结构关系的研究

§3-1基于均匀介质双光子吸收下超短脉冲激光的传播方程

§3-2非线性吸收方程的数值与解析求解

§3-3基于双光子吸收脉冲展宽效应确定双光子吸收截面的建议

第四章 结论与展望

参考文献

致谢