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一种DMIT类金属有机配合物的光限幅特性研究

崔浩  
【摘要】: 随着激光技术的发展,各种超快激光相继出现。激光光束的功率密度很容易达到几百GW/cm2,甚至更高。在这种高强激光的作用下,人的眼睛很容易受到伤害,各种光学探测器也很容易被激光光束打坏。为了解决这一实际应用中所面临的问题,人们提出了激光防护的概念。研制适合实际应用的光限幅器件,成为了一个人们迫切需要解决的问题。新一代的光限幅器件与非线性光学材料密切相关。性能优良的光限幅器件要求非线性光学材料具有高的线性透过率,低的非线性透过率,低的起始限幅阈值,高的截止光强,大的抗光损伤阈值,超短的响应时间,足够宽的限幅波段等。近年来,虽然国内外的刊物上有大量的关于非线性光学材料及其光限幅性能的论文发表,但是找到非常理想的可用于制作实用器件的非线性光学材料依然任重而道远。 为了探索适用于光限幅器件的性能优异的非线性功能材料,本文研究了一种新型的DMIT类金属有机配合物——[(C2H5)4N]2[Cu(dmit)2](二(四乙基铵)双(4,5-二硫基-1,3-二硫杂环戊烯-2-硫酮)-铜,简称EtCu)。该材料的分子结构具有π电子共轭体系,离域π电子可以大大加强其三阶非线性光学特性。EtCu的三阶非线性光学特性系初次被报道。我们希望通过研究该材料在激光脉冲下的光限幅性能和分析相应的三阶非线性光学参数,为材料的设计和合成提供依据,为光限幅器件的制作提供准确的材料性能参数。 本文所作的主要工作如下: 第一,我们合成了一种新型DMIT类金属有机配合物——EtCu,配制了其浓度为1.0×10-3mol/L的乙腈溶液,并采用透射法在波长1053nm,脉宽18ns激光下选择不同的样品厚度(2mm、5mm、10mm)进行了光限幅实验,得到了限幅曲线,求出了限幅阈值。实验结果表明,EtCu在近红外波段对脉宽为纳秒量级的激光脉冲有比较优秀的光限幅性能。 第二,我们给出了利用Z扫描方法研究材料的三阶非线性光学性质以及计算材料的非线性折射率、非线性吸收系数的比较详尽的理论推导。 第三,为了研究EtCu的非线性吸收特性,我们对浓度为1.0×10-3mol/L的EtCu/乙腈溶液在波长1053nm,脉宽18ns激光下进行了样品厚度为2mm的开孔Z扫描实验,测出了它的开孔Z扫描图像,拟合出了它的开孔Z扫描曲线,求得了它的非线性吸收系数β,并根据开孔Z扫描图像及其拟合曲线,对EtCu的光限幅机理进行了分析,发现EtCu在纳秒脉冲下的光限幅效应主要来源于它的反饱和吸收。 最后,我们用飞秒分辨光克尔法测量了EtCu/乙腈溶液的非线性光学响应时间。实验结果表明,EtCu的非线性光学响应时间非常短,只有227飞秒。 通过研究,我们发现EtCu具有较大的非线性吸收系数和短的非线性响应时间,在光限幅方面具有潜在的应用价值。


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