富勒烯溶液和掺铝氧化锌薄膜的光限幅效应研究

发布时间：2020-06-18 08:34

【摘要】：随着高功率激光器的迅速发展,各国越来越重视激光防护技术的研究,探索经济实用的激光防护材料。当前,基于非线性光学原理的激光防护技术及光限幅材料,在可见光波段的研究已经比较成熟,但是在近红外波段实现激光防护的光限幅材料研究较少。研究表明,富勒烯(C_(60)和C_(70))和掺铝氧化锌(Aluminum-doped zinc oxide,AZO)在可见光波长具有较强的非线性光学效应,但在近红外光波段的非线性光学效应尚待研究。本文针对波长1064nm高功率脉冲激光的防护技术,研究富勒烯溶液和AZO薄膜的光限幅效应。以不同浓度(0.25和1mmol/L)和厚度(5和10mm)的富勒烯溶液(C_(60)甲苯、C_(60)二甲苯、C_(70)甲苯和C_(70)二甲苯)为样品,测量了不同入射光强下的透射率,分析了浓度、厚度、溶质、溶剂对富勒烯溶液光限幅效应的影响。以AZO薄膜为样品,在不同脉冲宽度(26、62和101ns)和能量密度(5.3、10.6和15.9J/cm~2)的激光下,分别开展了开孔和闭孔Z扫描测量实验,计算了非线性吸收系数和非线性折射率系数,分析了脉冲宽度和能量密度对非线性光学效应的影响,与其他几种具有非线性光学效应的薄膜对比。研究结果表明,在1064nm的纳秒脉冲激光下,当入射光功率密度低于20MW/cm~2时,富勒烯溶液样品的透射率稳定在0.8以上。当入射光功率密度高于20MW/cm~2时,富勒烯溶液溶质与溶剂一定,浓度越高、厚度越大,透射率总体上更低,光限幅效应越强;富勒烯溶液浓度与厚度一定,C_(70)的透射率总体上低于C_(60)的透射率,光限幅效应更强;甲苯和二甲苯溶剂样品的透射率差别不大,溶剂对光限幅效应几乎没有影响。AZO薄膜的非线性吸收系数平均值为3.68×10~(-9)m/W,非线性吸收效应主要表现为反饱和吸收;非线性折射率系数平均值为-6.34×10~(-13)m~2/W,非线性折射效应主要表现为自散焦。入射激光的脉冲宽度和能量密度对AZO薄膜的非线性吸收系数和非线性折射率系数几乎没有影响。与其他几种具有非线性光学效应的薄膜相比,AZO的非线性光学系数的数量级更大,有望成为光限幅材料。
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TN24;TB383.2
【图文】：

激光防护,非线性光学,系统输入,输出特性

1.1 基于非线性光学原理的激光防护系统输入-输出性激光防护系统，满足以下主要性能指标[7]：：对于各种型号的激光武器，发射的激光无论是可见护作用。高：在自然光线的照射下，具有足够大的线性透射率证光电传感器能够正常地接收和发送信号。低：在强激光的照射下，能够有效衰减激光能量，输光损伤阈值，保证人和设备的安全。大：在足够高功率的激光入射下，防护系统器件自身：对脉冲宽度极短、重复频率极高的激光束，能够及定：能够在复杂的外界环境下，保持相对稳定的物理及其研究进展于非线性原理的激光防护技术的主要载体，是发挥激

关系曲线,非线性吸收,反饱和吸收,光限幅

(3)2 20 03= ( )Ic n (2-9)(3)2 20 06= ( )Ic n (2-10)2.2 基于非线性光学的光限幅类型基于非线性光学原理的光限幅，一般可分为非线性吸收型、非线性折射型、非线性散射型和非线性反射型等。2.2.1 非线性吸收型激光与介质相互作用时，介质的吸收系数 α 是光强 I 的函数。如果 α 与 I 成正相关，则称之为饱和吸收，关系曲线如图 2.1(a)所示；如果 α 与 I 成负相关，则称之为反饱和吸收，关系曲线如图 2.1(b)所示。对于反饱和吸收，在低光强下，α 较小且变化不大，介质的透射率较高且近似线性；在高光强下，α 随 I 的增加而增大，介质的透射率下降。因此，基于反饱和吸收原理可实现介质的光限幅。

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