若干弱光非线性光学效应及其应用

简要介绍了弱光非线性光学领域中一些研究方向的进展,如弱光非线性光子学材料中的缺陷结构、介观量子相干系统中光传播动力学和慢光非线性光学等,着重描述了近期在新型激子与紫外弱光非线性光学效应、位相耦合与光速调控以及非相干空间孤子阵列诱导光学晶格与光非线性传输行为等研究中得到的研究结果。弱光非线性光学将成为非线性光学应用领域中的一个重要分支。

卟啉和金属卟啉光学非线性吸收的溶剂影响

利用波长为532 nm纳秒脉冲激光的z扫描测量装置对四苯基卟啉(TPP)、四苯基卟啉铜(CuTPP)、四苯基卟啉锌(ZnTPP)和四苯基卟啉镍(NiTPP)在氯仿和吡啶溶剂中的非线性吸收进行了测量,采用五能级模型对实验结果进行了分析,获得了在不同溶剂中的基态吸收截面、激发态吸收截面和系间窜跃时间.结果显示,溶剂的变化导致材料基态吸收光谱改变的同时,也影响材料的非线性吸收参数.通过对三种金属四苯基卟啉比较发现,不同的金属卟啉在氯仿和吡啶溶剂中非线性吸收的表现也不相同.溶剂对卟啉和金属卟啉的光学非线性有着较大的影响.

氧化石墨烯改性ZnO/CeO_2复合纳米材料的制备及其紫外屏蔽性能研究

以六水硝酸锌、六水硝酸铈、氧化石墨烯为原料,采用溶胶凝胶法制备了氧化石墨烯(GO)改性ZnO/CeO_2复合纳米紫外屏蔽剂。采用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、傅立叶变换红外光谱(FTIR)、紫外可见分光光度计(UV-Vis)等测试手段对产物的结构、组成及形貌进行表征,研究了氧化铈与氧化锌摩尔比、GO投入量、屏蔽剂用量以及pH值对复合纳米材料紫外屏蔽性能的影响,探索了氧化石墨烯改性ZnO/CeO_2复合纳米的最佳制备条件。结果表明:氧化石墨烯改性ZnO/CeO_2复合纳米材料中GO、CeO_2、ZnO的平均粒径分别为8. 3、15. 4、37. 5 nm。当pH 6. 0、氧化铈与氧化锌摩尔比为4∶1、GO投入量为2. 0g、屏蔽剂用量为0. 06 g/L时,紫外屏蔽性能强弱顺序为:氧化石墨烯改性ZnO/CeO_2复合纳米材料> GO>ZnO/CeO_2复合纳米材料> CeO_2> ZnO。

宽吸收带MEH-PPV/PbS量子点复合材料的制备

制备出粒径在3～8nm之间的宽吸收带聚合物MEH-PPV／PbS量子点复合材料。该材料在400～1100nm波长区域内表现出强吸收，能覆盖太阳光谱的大部分。准原位吸收光谱分析表明，MEH-PPV的加入不是获得宽吸收带纳米颗粒的主要因素。

马赫-曾德尔外差干涉椭偏仪非线性误差分析

马赫-曾德尔外差干涉椭偏仪是一种重要的光偏振态实时测量技术。为了提高测量系统的精度、降低误差,采用外差干涉光路分析和数值模拟的方法,理论推导了透射式马赫-曾德尔外差干涉椭偏仪光路的误差公式。结果表明,光源偏振的椭圆化程度,偏振分光棱镜消偏比及倾斜都能引起测量误差;同误差参量下待测光束不同的椭偏比和 s,p分量相位差得到的测量误差不同;马赫-曾德尔外差干涉仪的误差结果与迈克尔逊外差干涉仪相近。

掺镁铌酸锂微结构多周期调谐光学参量振荡器

从傅里叶展开三波耦合波方程出发,对准相位匹配光学参量振荡进行了初步的理论分析,同时对准相位匹配周期极化掺镁铌酸锂微结构光学参量振荡进行了实验研究。通过改变微结构周期,实现了信号光从1.45～1.72μm的输出,最小阈值为30μJ。在温度30℃,抽运功率为300 mW,最大信号光输出功率为56 mW,斜率效率达18.7%。由于掺镁铌酸锂微结构抗光损伤性能显著提高,无需在高温下进行运转,使得掺镁铌酸锂微结构光学参量振荡器在常温条件下实现连续运转成为可能。与同成份铌酸锂微结构参量振荡器相比,结构更加紧凑,易于实现小型化。

基于小波变换的藻类显微光谱成像分类技术

通过显微成像光谱技术对淡水藻类进行成像光谱的测量,并试图同时从形貌和化学成分两个方面给出藻类识别的综合方法。首先利用显微图像技术对单个藻种进行观察测量,进行形貌学分类,再通过成像光谱仪获得藻类的吸收光谱立方体,然后利用小波变换对光谱进行处理,得到区分形貌相近的不同藻类的光谱特征参数,在化学成分上将其区分。本方法对准确进行藻类识别具有重要的指导意义。

近红外波段InAs量子点结构与光学特性

采用分子束外延技术,分别在480,520℃的生长温度下,制备了淀积厚度2.7ML的InAs/GaAs量子点。用原子力显微镜对样品进行形貌测试和统计分布。结果表明,在相应的生长温度下,量子点密度分别为8.0×1010,5.0×109cm-2,提高生长温度有利于获得大尺寸的量子点,并且量子点按高度呈双模分布。结合光致发光谱的分析,在480℃的生长条件下,最近邻量子点之间的合并导致了量子点尺寸的双模分布;而在525℃的生长温度下,In偏析和InAs解析是形成双模分布的主要原因。

纳米CeO_2/ZnO/MgO的制备及其光催化性能研究

通过共沉淀法制备了纳米氧化铈/氧化锌/氧化镁(CeO_2/ZnO/MgO)复合光催化剂。采用X射线粉末衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、傅里叶变换红外光谱法(FT-IR)以及紫外-可见吸收光谱法(UV-Vis)对制得的纳米CeO_2/ZnO/MgO进行表征,并对染料亚甲基蓝(MB)进行光催化降解。结果表明,采用共沉淀法合成的纳米CeO_2/ZnO/MgO具有良好的光催化性能,在MB的初始浓度为20mg/L,CeO_2/ZnO/MgO浓度为0.2g/L,紫外光照射40min条件下,对MB的降解率达到98%,紫外光照射60min条件下MB完全降解,优于相同方法合成的CeO_2/ZnO。

GO改性ZnO/CeO_2复合纳米光催化剂的制备及其光催化性能研究

以改进Hummers法制得的氧化石墨烯(GO)为原料,采用溶胶-凝胶法成功合成GO改性氧化锌(ZnO)/二氧化铈(CeO_2)(ZnO/CeO_2)复合纳米光催化剂,并对产物的结构、组成及其形貌进行了表征,并以刚果红(CR)为目标降解污染物,考察了不同配合比的产物在紫外光照射下的光催化性能。研究结果表明:在CeO_2与ZnO摩尔配合比为1∶50,GO用量为0.8g,GO改性ZnO/CeO_2复合纳米光催化剂的用量为1.0g/L,pH=10,反应120min条件下,GO改性ZnO/CeO_2复合纳米光催化剂对100mL(50mg/L)CR的降解率高达94.12%。与相同条件下ZnO/CeO_2复合纳米材料相比,GO改性ZnO/CeO_2复合纳米光催化剂的光催化性能得到了明显提高。

基于新型亚微米层状结构碲化钒可饱和吸收体的纳秒锁模掺铒脉冲光纤激光器

将亚微米层状结构的碲化钒(VTe_(2))与聚乙烯醇(PVA)充分混合,制备了VTe_(2)-PVA可饱和吸收体(SA)薄膜。利用紫外分光光度计测量了其线性吸收特性,发现其在400~1800nm波段均具有良好的吸收,证明VTe_(2)-PVASA薄膜具有优异的宽带吸收特性。将制备好的VTe_(2)-PVASA薄膜置于跳线端面并接入搭建的掺铒光纤激光腔内,构建了一个全光纤结构的纳秒锁模脉冲光纤激光器。该激光器输出的锁模脉冲中心波长为1568.15nm,3dB带宽为0.639nm,脉冲宽度为4.3ns。采用掺铒光纤激光腔结构,锁模脉冲最大平均输出功率为1.123mW。实验结果表明亚微米层状结构的VTe_(2)具有作为一种低成本的新型可饱和吸收材料的潜力,为被动锁模脉冲光纤激光器的发展开辟了新的道路。

固态源MBE系统生长高质量的调制掺杂GaAs结构材料和InP/InP外延材料的兼容性研究(英文)

通过固态源的分子束外延系统生长了调制掺杂AlGaAs/GaAs结构材料和InP/InP外延材料。在生长含磷材料之后,生长条件(真空状态)变差;我们通过采取合理的工艺方法和生长工艺条件的优化,获得了电子迁移率为1.86×105cm2/Vs(77K)调制掺杂AlGaAs/GaAs结构材料和电子迁移率为2.09×105cm2/Vs(77K)δSi掺杂AlGaAs/GaAs结构材料。InP/InP材料的电子迁移率为4.57×104cm2/Vs(77K),该数值是目前国际报道最高迁移率值和最低的电子浓度的InP外延材料。成功地实现了在一个固态源分子束外延设备交替生长高质量的调制掺杂AlGaAs/GaAs结构材料和含磷材料。

光子晶格中超短脉冲光的时域特性

为定量分析光子晶格对超短脉冲的时域、频域和非线性动力学过程的操控作用,利用搭建的二次谐波型频率分辨光学开关探测系统对超短脉冲离散衍射的出射光进行了时频域的定量探测和分析.运用广义主元素投影算法从采集的频率分辨光学开关(FROG)迹线中定量恢复了时域电场、频域光谱以及它们的相位信息.通过对上述结果的数值拟合,获得了脉宽、谱宽、中心波长和各阶啁啾量,并结合上述结果分析了非线性相移与色散啁啾对光谱的影响和色散与自相位调制(SPM)对脉宽的影响.结果表明,光子晶格不但对入射光存在空间调控,同时也对脉冲光的时域、频域以及非线性过程有着全面、灵活的调控能力;传输中,脉冲光的脉宽和频谱之间的关系受传播系统的色散、非线性系数以及结构等诸多因素的共同制约.

固态源分子束外延法生长InGaP/GaAs异质结构的热力学分析(英文)

本文建立了采用分子束外延法制备InGaP/GaAs异质结构的热力学模型,其中考虑了两个重要的因素,由晶格失配引起的内在应力和InP的脱附。所得到的模型与现有实验结果匹配较好。该模型的实验结果表明在InGaP的生长过程中,生长温度,In/Ga束流比及合金组分之间的相互关系,同时也与实验数据相吻合。该模型对于其他气相沉积生长方式也具有一定的适用性。

InP外延材料的MBE生长模式

采用固态磷源分子束外延技术,在不同的生长条件下生长了InP外延材料,并用原子力显微镜对样品表面形貌进行了系统研究.实验结果表明,样品表面形貌的显著变化与生长模式发生变化有关;二维(2D)生长模式和三维(3D)生长模式之间存在转换的临界工艺条件.通过对实验数据的分析,绘制了InP外延生长模式对应工艺条件的区域分布图;在2D生长区域获得了高质量的InP/InP外延材料.

以PAA为模板制备SERS基底及对三聚氰胺的检测

采用热蒸镀的方法直接在多孔氧化铝(porous anodic alumina,PAA)模板上蒸镀几微米的银膜,然后在HCl溶液中溶解掉模板,得到表面具有纳米尺度规则结构的银膜作为表面增强拉曼散射(surface-en-hanced Raman spectra,SERS)基底,并在该基底上测量了吡啶溶液(0.01 mol.L-1)的增强拉曼光谱,发现平均增强因子大于105。与直接在载玻片上蒸镀的银膜相比,具有纳米尺度规则结构银膜的增强效果提高了30倍。改变激发光功率测量吡啶的拉曼光谱,和普通拉曼散射一样,增强拉曼光谱的峰值强度随激发光强度线性变化,并在该基底上测量了三聚氰胺的拉曼光谱,发现在1 mW的激发功率下对于三聚氰胺的检出限为2.5 mg.L-1。

乙基红掺杂有机薄膜的制备及全光开关性能研究

用溶胶-凝胶法及重复旋转涂膜法制备了乙基红偶氮染料与聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)掺杂聚合物薄膜样品,测量薄膜样品的全光开关特性的结果表明,选择合适的掺杂浓度(2wt%～6wt%)和偶极矩较大的极性溶剂(环已酮)制备的薄膜样品,在室温条件下对8mW的控制光功率及周期为0.66ms的控制光乙基红有机聚合物薄膜来说,具有毫秒量级的开关响应速度和40%以上的开关调制深度,最大的调制深度达72%。

Yb_(0.005)Y_(0.708)Lu_(0.287)VO_4混晶的生长和材料性质(英文)

采用提拉法生长出Yb0.005Y0.708Lu0.287VO4晶体。在室温下,对Yb0.005Y0.708Lu0.287VO4晶体进行了XRPD测试,计算了晶格常数(a=b=0.7091 nm,c=0.6273 nm)和密度(4.826 g/cm3)。对混晶的(100)面进行了腐蚀,腐蚀坑呈四棱锥形状。平均线膨胀系数α1=1.285×10-6K-1,α3=7.030×10-6K-1,温度在330.15 K和570.15 K之间变化时,比热为0.494～0.617J/g·K。

名义纯及掺杂铌酸锂晶体内偏置场的实验研究

铌酸锂晶体的内偏置场对铁电应用、电光应用和非线性光学应用等均有直接影响。本工作建立了铌酸锂(LN)晶体内偏置场测试方法,对同成分铌酸锂(CLN)晶体、近化学计量比铌酸锂(nSLN)晶体、掺杂铌酸锂(doped LN)晶体的内偏置场和矫顽场进行测量。结果表明,CLN晶体内偏置场最高(E_(int)=2.53 kV/mm),nSLN晶体的内偏置场大幅降低,其中富锂熔体法生长和气相输运平衡(vapor transport equilibration,VTE)法结合得到的nSLN晶体的内偏置场最小,与CLN晶体相比降低了约两个数量级;掺杂铌酸锂晶体的内偏置场与CLN晶体相比也普遍降低,其中掺6.5%(摩尔分数)Mg的CLN晶体的内偏置场约为CLN晶体的四分之一,掺7%(摩尔分数)Zn的CLN晶体的内偏置场约为CLN晶体的六分之一。最后对组分和掺杂影响内偏置场的因素进行了简要分析。

光在一维金属/电介质光子晶体中的传播特性

用转移矩阵方法从理论上研究了光波在一维金属/电介质光子晶体中的传播特性.通常可见光在金属中的趋肤深度只有十几nm,所以在几十nm以上厚度的金属中是不能传播的.但可见光在由金属和电介质构成的一维光子晶体中传播时,即使金属的总厚度远远超过趋肤深度,仍然能够通过.单层金属膜的厚度越大,透射率越小,透射谱线的峰宽越窄.随电介质层的厚度增大,光子带隙向长波长移动.结构的周期数越大,透射率越小.但周期数并不能影响带隙的位置和宽度.