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基于相位物体若干光学非线性测量技术的研究

杨俊义  
【摘要】: 随着光通信和光信息处理等领域技术的飞速发展,非线性光学材料的研究日益重要。便捷可靠的测量方法是寻找理想非线性材料的必要工具。本文在传统Z-扫描和4f相位相干成像技术的基础上,利用相位物体,提出了一些新的光学非线性测量技术。 将相位物体(PO)引入进传统Z-扫描光路中,发展了相位Z-扫描技术。发现对于正(负)的三阶非线性折射,PO Z-扫描曲线为一单峰(谷)曲线,与传统Z-扫描的谷峰(峰谷)形状有很大的区别。在PO Z-扫描技术中,样品产生的非线性相移主要导致了相位物体衍射光斑内的振幅变化。在非线性相移最强的位置,小孔的透过率达到最强或最弱。而在这个位置的两侧,非线性相移开始变小,透过小孔的能量变化也就变弱。所以PO Z-扫描的曲线表现为单峰或单谷曲线。瞬态热致非线性的PO Z-扫描曲线为一谷峰形状,这与三阶非线性的PO Z-扫描曲线有很大的区别。因此我们可以利用PO Z-扫描技术直接区分溶液的三阶非线性折射和瞬态热致非线性。 利用Z-扫描技术详细研究了瞬态热致非线性和其他非线性折射共存时溶液的非线性折射的特性。并将top-hat Z-扫描技术应用于溶液瞬态热致非线性的研究时,在非线性相移较小的情况下,top-hat Z-扫描的灵敏度要比传统的高斯Z-扫描大3.5倍。 提出了一种非常实用而简单的测量非线性折射的方法,含相位物体的透过率测量法(T-PO)。与其他方法相比,T-PO技术可以更方便的用来研究厚样品的光学非线性。 将T-PO技术和传统的时间分辨泵浦-探测系统相结合,提出了PO泵浦探测技术。由于T-PO技术具有单脉冲实时测量的特点,从一个脉冲激光中可以同时获得非线性吸收和折射系数,并能确定非线性折射的符号,因此利用PO泵浦探测技术可以同时测量非线性吸收和非线性折射动力学过程。 为了研究不透明衬底上薄膜的光学非线性,我们将传统4f相位相干成像技术改进为反射4f相位相干成像技术。另外,在传统4f的出射面放置一个全反镜,就会让光束两次通过样品,从而提高了系统的测量灵敏度。


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