CS_2飞秒超快非线性特性的实验研究

采用中心波长800nm、脉宽30fs的超短激光脉冲,通过飞秒光开关技术对CS2的飞秒超快非线性特性进行了实验研究.在探测光强与抽运光强比为1∶10时,得到了较理想的光克尔时间分辨曲线.通过实验测定的光克尔信号强度与激发光和探测光偏振方向夹角的依赖关系表明:30fs的超短激光脉冲激发CS2的克尔信号主要是源于光诱导双折射效应,而非用200fs的超短激光脉冲时来自瞬态栅的自衍射效应.

三联噻吩基查尔酮衍生物的线性光学性质和超快非线性光学响应

以α-三联噻吩甲醛为原料,与3种二氯苯乙酮发生Claisen-Schmidt缩合反应,合成了3种含有三联噻吩基的查尔酮衍生物:1-(α-三联噻吩-2-基)-3-(2,4-二氯苯基)丙烯酮(a)、1-(2,5-二氯苯基)-3-(α-三联噻吩-2-基)丙烯酮(b)和1-(3,4-二氯苯基)-3-(α-三联噻吩-2-基)丙烯酮(c)。借助核磁共振波谱仪(^(1)H NMR、^(13)C NMR)和液-质联用谱仪(LC-MS)对其结构进行了表征;采用Z-扫描技术(600 nm,180 fs)测定了3个化合物的非线性光学吸收性能;运用含时密度泛函理论(TD-DFT)方法计算了它们的极化率(α_(0))、静态第一超极化率(β_(0))、振子强度(f_(0))、跃迁能(ΔE)、基态和最主要激发态之间的偶极矩差(Δμ)、最主要激发态的主要组成、最高占据分子轨道(HOMO)和最低空分子轨道(LUMO)之间的能隙,同时测定了它们的线性光学性质。结果表明,化合物c的紫外吸收波长、荧光发射波长、热稳定性、极化率均最大;化合物a—c均存在分子内电荷转移现象,非线性吸收均为双光子吸收,化合物a、b还有五阶非线性吸收,它们均表现出超快非线性光学响应,可作非线性光学研究备选材料。

超快非线性干涉仪开关窗口的特性研究

超快非线性干涉仪(UNI)是一种基于半导体光放大器(SOA)的超高速全光开关器件。UNI的开关窗口特性的好坏是评价UNI性能的一个重要指标。文章对单臂结构的UNI的工作原理进行了描述,并用Optisystem3.0对UNI开关窗口特性进行了仿真模拟,详细分析了延时τ、SOA的偏置电流、控制光功率以及连续光功率等因素对UNI开关窗口的影响,从而为实现最佳的开关窗口提供了一个理论指导。

不同条件对超快非线性干涉仪开关窗口的影响

对单臂结构的UNI的工作原理以及开关窗口的形成原因进行了描述,并用Optisystem3.0对UNI开关窗口进行了模拟,分析延时、SOA的偏置电流、控制光功率以及连续光功率等条件对UNI开关窗口的影响,从而实现最佳的开关窗口。

40Gb/s超快非线性干涉仪的实验分析

全光非线性开关是全光3R再生的关键技术。在对一种全光开关[超快非线性干涉仪(UNI)]的传输函数进行分析后,得到了超快非线性干涉仪窗口的数学描述。在此基础上通过实验得到了40Gb/s的全光开关。并结合实验条件,具体分析了影响超快非线性干涉仪开关窗口的几个因素:增加半导体光放大器(SOA)的注入电流,增大控制脉冲的平均功率和调节连续光功率到最佳值,都能有效地改善输出窗口的形状和消光比,并对这种现象在理论上进行了初步分析。可以利用上述结论指导超快非线性干涉仪实验,从而使超快非线性干涉仪系统得到最大程度的优化。

输入光特性对超快非线性干涉仪开关窗口的影响

就超快非线性干涉仪(UNI)的输入光特性对其开关窗口的影响进行了数值模拟和实验研究,输入光包括控制光脉冲和探测光脉冲。在数值模拟中,调节控制光脉冲和探测光脉冲的功率及脉宽,功率越高和脉宽越窄,窗口的形状越好。在调节过程中发现控制光脉冲和探测光脉冲都存在一个最佳的功率点使窗口的形状达到最优。如果继续增大控制光脉冲功率,会使窗口的顶部倾斜,窗口形状恶化;而继续增大探测光脉冲功率,窗口的消光比开始下降。在数值模拟的基础上进行了10 Gb/s的超快非线性干涉仪全光开关实验,在实验中用连续光代替探测光脉冲以观察窗口形状。通过改变控制光脉冲和连续光功率来验证它们对超快非线性干涉仪开关窗口的影响。实验表明,应选用短而强的控制光脉冲和最优功率点的连续光,这与模拟结果吻合。

基于折叠式超快非线性干涉仪的全光码型转换理论和实验研究

码型转换是实现非归零(NRZ)信号全光时钟恢复的关键技术.提出了一种基于折叠式超快非线性干涉仪的全光NRZ到伪归零(PRZ)信号转换的新型方案.基于半导体光放大器的分段模型和超快非线性干涉仪的传输函数,建立了该方案的理论分析模型,数值模拟了不同速率下的码型转换过程.实验实现了稳定的10,20和40Gbit/s的NRZ到PRZ信号的码型转换,分析了影响码型转换输出特性的因素,理论分析结果与实验结果基本符合.

新型同分异构芘基查尔酮的理论研究和超快三阶非线性光学响应

合成了3个新型同分异构芘基查尔酮:1-(芘-1-基)-3-(吡啶-2-基)-2-丙烯-1-酮(3a)、1-(芘-1-基)-3-(吡啶-3-基)-2-丙烯-1-酮(3b)和1-(芘-1-基)-3-(吡啶-4-基)-2-丙烯-1-酮(3c)。通过核磁共振波谱仪(NMR)、傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)和液-质联用仪(LC-MS)等技术手段表征3个化合物的结构、热稳定性和线性光学性质和三阶非线性光学吸收性能。结果表明,在532 nm和180 fs条件下,化合物3a-3c均表现出超快三阶非线性光学响应,化合物3c的非线性吸收系数分别是化合物3b和3a的1.14和2.67倍。运用密度泛函理论方法计算了化合物3a-3c的非线性光学性质及其电子性质,结果表明,化合物3c分子具有最大的静态第一超极化率(β0)(2830.9 a.u.),并具有最小的最高占据分子轨道(HOMO)-最低空分子轨道(LUMO)之间的能隙(3.11 eV)和最小的跃迁能(ΔE)(2.67 eV),这与N原子在吡啶环上的位置有关;分子内部均存在电荷转移现象。3个化合物的紫外-可见光谱在450 nm以上无吸收,有良好的热稳定性,在激光防护方面有应用前景。

2-(芘-1-基)-1,8-萘啶的合成、理论计算及超快三阶非线性光学响应

合成了一个供体-受体(D-A)型含芘萘啶衍生物2-(芘-1-基)-1,8-萘啶(PN)。通过核磁共振波谱(NMR)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)、液-质联用仪(LC-MS)表征了其结构。通过电子光谱和Z-扫描技术方法分别研究了化合物PN的线性光学性质和三阶非线性光学吸收,采用综合热分析方法测定了它的热稳定性。结果表明,在532 nm、180 fs条件下,PN的三阶非线性吸收行为为反饱和吸收,其吸收系数为β=9.0×10^-14 m/W,显示出超快三阶非线性光学响应。运用密度泛函理论方法计算了分子轨道能量、极化率和超极化率,结果表明电子转移能够在分子内部进行。2-(芘-1-基)-1,8-萘啶的紫外光谱在450 nm以上无吸收,在非线性光学吸收、激光防护、吸收型光开关或双稳器件等方面可作备选材料。

基于二茂铁的两个查尔酮衍生物的合成及超快三阶非线性光学响应

二茂铁是合成新颖有机功能材料的基本单元之一。本文设计并合成了两个基于二茂铁的同分异构查尔酮衍生物:1-二茂铁基-3-(噻吩-2-基)丙烯酮(a)和1-二茂铁基-3-(噻吩-3-基)丙烯酮(b)。采用超快激光Z-扫描技术(脉宽180 fs,波长532 nm)测定了化合物a和b的三阶非线性光学性质。结果表明,化合物a吸收系数β=-2. 1×10^(-12)m/W,折射率n_2=1. 9×10^(-19)m^2/W,分子超极化率γ=5. 37×10^(-32)esu;化合物b:β=-1. 2×10^(-13)m/W,n_2=2. 0×10^(-19)m^2/W,γ=4. 48×10^(-32)esu。说明在飞秒激光激发下,电荷转移能够在化合物a和b分子内部快速进行,二者均具有优异的超快三阶非线性光学响应。在B3LYP/6-311+G(d,p)理论水平下,计算了化合物a和b分子轨道能量、极化率和各基团在前线分子轨道中的占有率。理论计算结果显示,二茂铁基团在化合物a和b前线分子轨道中占有率分别为97%和98%,对两化合物的非线性光学性能起主导作用。

1-二茂铁基-3-(4-氯苯基)丙烯酮的合成和超快非线性光学响应

合成1种查尔酮衍生物1-二茂铁基-3-(4-氯苯基)丙烯酮(FCPAK),并采用1HNMR、13C NMR和HR-MS对其结构进行表征.测定了紫外光谱和DSC曲线.采用密度泛函理论方法计算了FCPAK的分子轨道能量和极化率.在波长为532nm、脉宽为180fs激光脉冲条件下,采用Z-扫描技术测定了其三阶非线性光学参数:吸收系数β=-4.8×10-13 m/W,折射率n2=2.2×10-19 m2/W,分子超极化率γ=3.29×10-52 C3·m3·J-2.结果表明,分子内部存在电荷转移现象,表现出超快三阶非线性光学响应.

二茂铁基查尔酮的理论研究和超快三阶非线性光学响应:1-二茂铁基-3-(4-氟苯基)丙烯酮

应用密度泛函理论计算了1-二茂铁基-3-(4-氟苯基)丙烯酮(FFPAK)的最高占据轨道(HOMO)、最低空轨道(LUMO)能量和分子极化率;采用Z-扫描技术(532nm,180fs)测定了FFPAK的三阶非线性光学性质:β=-6.8×10^-13 m/W,n2=2.1×10^-19 m^2/W,γ=5.55×10^-32esu;结果表明,FFPAK容易发生分子内电荷转移,分子容易被极化,显示出超快三阶非线性光学响应。

二茂铁基查尔酮的理论研究和超快三阶非线性光学响应:1-二茂铁基-3-(4-溴苯基)丙烯酮

应用密度泛函理论计算了1-二茂铁基-3-(4-溴苯基)丙烯酮(FBPAK)的最高占据轨道(HOMO)、最低空轨道(LUMO)能量和分子极化率;采用Z-扫描技术(532nm,180fs)测定了FBPAK的三阶非线性光学参数:非线性吸收系数β=-1.0×10-12 m/W,三阶非线性分子超极化率γ=1.4×10-32esu;结果表明,FBPAK容易发生分子内电荷转移,分子容易被极化,显示出超快三阶非线性光学响应;同时测定了FBPAK的紫外吸收光谱和DSC曲线.

二维材料非线性光学及超快动力学研究进展

二维材料因其在物理、化学、生物和能源等领域中的潜在应用受到了人们的广泛关注,二维材料的非线性光学效应已成为一个重要的研究内容。总结了几种二维材料的制备方法及其优缺点,阐述了二维材料非线性光学的基本原理,介绍了多种二维材料的非线性光学特性的测试手段。重点介绍了中国科学院上海光学精密机械研究所在二维材料非线性光学特性方面的研究进展,总结了其在调Q/锁模、激光防护和光调制等方面的应用,分析了当前二维材料面临的挑战和机遇。

富勒烯有机-无机杂化材料的非共珍三阶非线性光学特性(英文)

采用中心波长800nm、脉宽30fs的超短激光脉冲,通过飞秒光开关技术(Optical Kerr Shutter,OKS)对富勒烯有机-无机杂化材料的飞秒超快非线性特性进行了实验研究.获得270fs的开关时间,所得的富勒烯有机-无机杂化材料的三阶非线性系数χ(3)约为4.5×10-14esu,比C60分子的三阶非线性系数χ(3)高一个数量级.通过实验测定的光克尔信号强度与激发光和探测光偏振方向夹角的依赖关系表明:30fs的超短激光脉冲激发富勒烯有机-无机杂化材料的克尔信号主要是源于光诱导双折射效应,而非用200fs的超短激光脉冲时来自瞬态栅的自衍射效应.

基于非线性效应的光学逻辑门研究

光逻辑门是未来全光网络中光信息处理的核心元件,它可以实现高速光包交换,全光地址识别,数据编码,奇偶校验,信号再生等功能。介绍了几种基于非线性效应的全光逻辑门,分析了它们的系统结构和工作原理,并对各自的特点进行了比较,指出光逻辑门在未来的发展方向及应用领域。

GeS_2-Ga_2S_3-CdS硫系玻璃的非线性光学性能

采用传统的熔融-急冷法制备了GeS2-Ga2S3-CdS硫系玻璃。用飞秒OKE技术、Maker条纹法分别测试了室温下玻璃的超快三阶非线性光学效应和二阶非线性光学效应,分析了玻璃的组成、结构对玻璃的三阶非线性光学效应与二阶非线性光学效应的影响。结果表明:玻璃具有较强的超快三阶非线性光学效应,当玻璃中S—Ge、S—Ga键的数量最多,离子极化程度最大,电子云的变形程度最大时,具有最大的χ(3)值;电场-温度场极化的玻璃表现出明显的二阶非线性光学效应,当玻璃中定向排列的偶极子的数量最多和程度最大时,具有最大的χ(2)值。χ(2)和χ(3)之间不呈线性关系。

超快激光在纳米溶液中的超连续光丝光谱技术

为了产生宽谱带超连续白光光谱,将飞秒激光聚焦到纳米溶液中形成光丝,最终产生出400~950 nm的超连续白光光谱。采用集成CCD的显微镜装置对伴随光丝的气泡进行拍摄,并研究了气泡定向运动的规律。计算表明,气泡的运动速度可以达到0.16 m/s,这表明水流也可以达到相应的速度。这种由光丝导致的高速水流,可对微流控技术的研究起到积极的作用。

超快生物光子学(特邀)

讨论了超快生物光子学在生物体系中的应用及发展。重点介绍了超快光学技术如何被应用于探测生物体系中发生在皮秒至飞秒时间尺度上的重要过程,通过结合先进的显微成像技术,超快测量方法不仅实现了高时间分辨率,还可以实现高空间分辨率,这使得实时观察生物分子在超快时间尺度上的动态行为成为可能,对深入理解生物分子的功能和机制至关重要。从超快时间分辨率、超高时空分辨率和超快非线性光谱技术三个方面介绍了超快探测方法与生物光子学的交叉应用。

二茂铁基查尔酮衍生物的合成及超快三阶非线性光学响应

合成两种新颖的含二茂铁基团的查尔酮衍生物:1-二茂铁基-3-(4-叔丁基苯基)丙烯酮(a)和1-二茂铁基-3-联苯基丙烯酮(b),经~1H NMR、^(13)C NMR和HR-MS对其结构进行了表征,并测定了化合物的热力学性质。采用量子化学方法计算了它们的分子轨道能量和极化率,给出了轨道电子云图。采用紫外-可见吸收光谱和Z-扫描技术分别测定了其线性和非线性光学性质。结果表明,与原料乙酰基二茂铁相比,化合物a和b的紫外吸收明显增强,且b的吸收波长更长;化合物a和b均存在分子内电荷转移现象,表现出超快三阶非线性光学响应。