测量光学非线性的4f相位相干成像技术研究进展

4f相位相干成像技术是一种简单有效的测量材料三阶非线性的方法,文中具体介绍了它的基本原理、发展现状及应用前景。设计了一种改进的4f相位相干成像系统,通过改进传统4f相位相干成像系统的参考光路,使得原来用以监设计测脉冲能量浮动的参考光斑同时具备了监测入射脉冲空间分布的功能,实现了4f相位干成像系统在光斑空间分布不稳定情况下的非线性折射测量。报道了4f相位相干成像技术的最新进展—基于4f相位相干成像系统的泵浦探测系统。用这个新系统进行泵浦-探测实验方便快捷,并可同时研究出材料的激发态吸收与折射。

4f相位相干成像技术时间相关特性分析

4f相位相干成像技术是测量三阶光学非线性的新方法。在4f相位相干成像法的理论处理中根据脉冲光的时间高斯型分布引入时间项,研究了在无非线性吸收条件下激光脉冲时间分布不同对测量非线性折射的影响。应用4f成像系统对甲苯的三阶非线性折射进行了实验测量。根据脉冲时间高斯型分布得到的拟合值与相同条件下根据脉冲时间矩形分布的拟合值相差比较大,并对这两个值的差异给出了理论解释。

光学图像识别技术的MATLAB仿真

光学图像识别有两种主要的实现方式,其一是采用VanderLugt相关器,其二是采用联合变换相关器。这两种技术都是建立在4f光学成像系统基础之上的。MATLAB提供了丰富的图像处理函数,它们能实现4f光学成像系统的变换功能。利用这些函数可以模拟光学图像识别技术对图像的识别,能得到较好的仿真结果。

芳香查尔酮衍生物的合成、理论计算及三阶非线性光学性质

合成了2种新的具有潜在应用价值的非线性光学(NLO)有机材料芳香查尔酮衍生物1-(呋喃-2-基)-3-(4-甲氧基苯基)丙烯酮(1)和1-(噻吩-2-基)-3-(4-甲氧基苯基)丙烯酮(2),并对其进行了NMR、IR和HR-MS结构表征。采用4f相位相干成像技术测定了化合物1和2的三阶NLO性质并确定了相关参数:脉冲宽度4 nm,激光波长440 nm,化合物1:非线性吸收系数β=5.5×10^(-10)m/W,非线性折射系数n2=-2.1×10^(-17)m^2/W,三阶非线性极化率χ(3)=1.58×10^(-11)esu;化合物2:β=-2.4×10^(-10)m/W,n^2=0.3×10-17m^2/W,χ(3)=0.50×10^(-11)esu;并测定了紫外光谱和DSC曲线。采用密度泛函方法计算了化合物1和2的轨道能量和极化率,结果表明电子转移能在分子内部进行,说明比较易于极化,展示了良好的非线性光学性质。

1-(芘-1-基)-3-(噻吩-3-基)丙烯酮的合成、理论计算及三阶非线性光学性质

合成一种非线性光学(NLO)有机材料查尔酮:1-(芘-1-基)-3-(噻吩-3-基)丙烯酮,通过1 H NMR、IR、HR-MS表征了其结构。采用4f相位相干成像技术测定了它的三阶NLO性质,相关参数为:脉宽4ns,激光波长为450nm,非线性吸收系数(β)=7.3×10-10 m/W,非线性折射率(n2)=-3.6×10-17 m2/W,三阶非线性极化率(χ(3))=4.12×10-11 esu;并测定了紫外光谱、荧光光谱和DSC曲线。采用密度泛函方法计算了它的轨道能量和极化率,结果表明电子转移可在分子内部进行,显示出良好的NLO活性。

简单液体CS_2多波段非线性光学性质研究

采用双4f相位成像技术,在皮秒时域内分别测量了CS2在532nm和745nm两个波长光学非线性系数的变化。通过数值模拟确定了CS2在这两个波长的光物理参数。实验结果表明,在非共振区内,随着波长的增加,CS2没有双光子吸收,三阶非线性折射率保持不变。

半导体GaN三阶非线性光学性质研究

用双4f相位成像技术,对半导体GaN多晶在600nm,皮秒时域的三阶非线性光学性质进行了实验测量。根据相关理论,通过数值模拟确定了GaN在相关条件下的三阶非线性光学参数。实验测量得到的双光子吸收系数b=9.54 10-11(m/W),三阶非线性折射率n2=-1.33 10-17(m2/W),该结果表明GaN是一种性能优异的非线性光学材料。

利用衍射理论对基模高斯光束进行整形

为了获得在液晶修复技术中所需要的光束质量好、能量分布比较均匀的矩形光束,提出了一种新的光束整形系统。在这个系统中,通过对光阑后不同位置衍射效应的理论分析和计算,获得相应的衍射光斑图样,再利用4f像传递系统对理想的光斑图样进行提取和传递,经过扩束聚焦之后,用于加工样品,并设计了相应的实验装置来验证这种系统的可行性。研究结果表明,过光阑后不同位置的衍射面呈现出复杂的衍射图样,等效距离在56.0-58.5 mm之间能够选取到平化效果非常好的衍射面,4f成像系统对其实现了较好的像传递,整形光束顶部的能量波动量小于5%,能量提取率达到80%。

1-(芘-1-基)-3-(苯并噻吩-3-基)丙烯酮的合成和三阶非线性光学性质研究

合成1种查尔酮衍生物1-（芘-1-基）-3-（苯并噻吩-3-基）丙烯酮（PBTAK）,经IR,1 H NMR,13C NMR和HR-MS对其结构进行表征.采用4f相位相干成像技术测定了它的三阶非线性光学性质并确定了相关参数：脉宽为4nm,激光波长为460nm,非线性吸收系数β=0.23×10-9 m/W,非线性折射率n2=-0.50×10-16 m2/W,三阶非线性极化率χ（3）=9.37×10-21 C;同时测定了紫外光谱、荧光光谱和DSC曲线.运用密度泛函方法计算了PBTAK的分子轨道能量和极化率,结果表明电子转移能在分子内部进行,显示出良好的非线性光学活性.

激光高阶横模的相对相位判定与锁定

本文通过理论计算与数值模拟,提出了不同阶数的高阶模式间相对相位的判定与锁定方法。在像平面对两束光的干涉光斑进行空间取样,计算其干涉光强随相对相位的变化,并在此基础上提出了判定与锁定两束不同阶厄米高斯光束HGmn以及不同阶拉盖尔高斯光束LGpl相对位相的方案,并对厄米高斯光束相位判定与锁定进行了实验验证。

两个查尔酮衍生物的合成、理论计算及三阶非线性光学性质

合成了两个查尔酮类衍生物1-(4-甲基苯基)-3-(4-二甲氨基苯基)丙烯酮(1)和1-(4-甲基苯基)-3-(4-甲氧基苯基)丙烯酮(2),通过1H NMR、13C NMR、IR、HR-MS对其进行结构表征。采用4f相位相干成像技术测定了化合物1和2的三阶NLO性质,确定了相关参数:脉冲宽度4nm,激光波长分别为500和440nm,1:非线性吸收系数β=7.3×10-10m/W,非线性折射率n2=-3.6×10-17m2/W,三阶非线性极化率χ(3)=2.56×10-11esu;2:β=-4.8×10-10m/W,n2=2.0×10-17m2/W,χ(3)=1.45×10-11esu。测定了化合物紫外光谱,并通过DSC考察了化合物的热稳定性。采用密度泛函方法计算了化合物1和2的轨道能量和极化率,结果表明电子转移能在分子内部进行,显示出良好的非线性光学活性。

高斯型弱散射屏产生的像面散斑场的分布特性研究

弱散射屏产生的远场散斑由一个中央亮斑和一个分布于亮斑周围而与正态散斑类似的散斑结构,根据弱散射屏远场的散斑图样,人们假设弱散射屏产生的像面散斑为均匀背景与正态散斑两者相干叠加的结果,但这种假设与实际像面散斑存在歧异,基于上述情况,本文利用4f高通滤波光学成像系统,研究了高斯型弱散射屏产生的像面散斑场的统计特性,得出只有表面均方根粗糙度与入射光波的波长相差不多时上述假设才是可行的结论.