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鸭脖娱乐官网:大非线性相移下光学非线性Z扫描特性的研究-物理学报.PDF 7页

2021-04-01 08:21:19 来源:【jake】 作者:-=Jake=- 175
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第 卷 第 期年 月物 理 学 报 ’’" #( ", , ,RJ4 ,’’ QJ , " S2F=A #(( ) %###0"&?#L#(L’’ #" L %&%%0#$MBNM OHI@PBM @PQPBM!#( BA37 , OATG , @J= , """""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""大非线性相移下光学非线性 扫描特性的研究!!!陈树琪 刘智波 臧维平 田建国 周文远 张春平(南开大学物理科学学院光子学中心澳洲幸运8APP ,天津 "###$%)( 年 月 日收到; 年 月 日收到修改稿)#’ ’ %(#’ $ "%采用高斯分解法( )对大非线性相移下的 扫描特性进行了分析,通过对数值算法的优化,将 推广到对)*+)*脉冲入射激光下大非线性相移下的 扫描理论分析 对不同条件下大非线性相移 扫描曲线峰谷结构的比较,发+,+现在大非线性相移的情况下,扫描曲线的峰和谷随透过光阑或入射光强变化表现出某些新的特性 随着透过光阑+,孔径的增加大非线性相移,扫描曲线峰的变化要明显快于谷的变化,而且在谷明显存在的情况下,峰很快消失 采用皮秒脉冲激+,光下的纯二硫化碳实验对理论结果加以验证大非线性相移,实验结果和理论分析相一致, 我们的分析结果对大非线性相移下+扫描测量有一定的指导性意义,避免在大非线性相移下对 扫描结果产生错误的分析+,关键词:大非线性相移,高斯分解法, 扫描+: ,,"#$$ -&(’ -&(’。

#&(#[ ]%#()变换法 对 扫描进行数值分析H279:4+,在文献[ ]中, 等人基于衍射的模型对 %> 引 言%% I2J+扫描进行了理论分析,采用菲涅耳 基尔霍夫衍射积0在上个世纪 年代初,等人提出了 分公式来求出远场接收屏的光强分布,进而求出非?#@A:390。2A2:[,] 一种用于光学非线性测量的 扫描方法% &该方法线性相移较小的情况下开孔透过率等物理量,并且+, 使用紧聚焦的单束高斯光束,在远场测量通过有限 将此结果推广到大非线性相移的情况, 但是为了得 孔径光阑的透过率 和样品相对于焦平面的位置到光阑平面处的强度分布,必须完成菲涅耳 基尔霍!0 坐标 的关系 扫描方法用于光学非线性系数的 夫衍射积分,这是一个两维积分,数值计算效率低,", + 测量具有测量灵敏度高和实验装置简单等优点,并非常耗时;为了提高计算效率通常采用减小窗口或 且能够同时得到材料非线性折射和非线性吸收的大增大积分计算的步长,这些方法都会增大计算误差; 小和符号,因此被广泛用于材料光学非线性性质的 其次, 等人采用的理论分析都是针对时间连续I2J[,] 研究" - , + 扫描方法不断地得到完善,并被相继应电场的,没有涉及到脉冲电场,然而在实际的实验中 用于其他方面的测试和研究乐鱼体育 ,例如激光束质量的测为了得到大非线性相移,往往需要使用脉冲电场,如[,] 试以及高斯光束传输特性的研究’ (扫描已经发果用文献[ ]的方法分析脉冲电场的情况,被积函, +%% 展成为非线性光学特性研究的一种具有重要实际应数将变得三维,这样积分时间将变得更长,从而给数 用价值的实验方法和手段 为了准确地分析 扫描值计算带来了更大的困难 在大非线性相移情况,我,+, 测量结果,必须深入地了解 扫描理论,在文献[] 们在以前的研究中已经证明了高斯分解法仍然是有+$ 中,等人已经从理论和实验方面深入分析了 效的,而且实际上 和菲涅耳 基尔霍夫处理方法BA2CC4:)*0[ ]%& 影响 扫描测量的各个因素 处理薄非线性介质是等效的 但相对于菲涅耳 基尔霍夫衍射积分+,+,0[,,,] 扫描,人们常用高斯分解法( )进行% & $ D,对于入方法, 具有更快的计算速度 在文献[ ]和[ ])*)*,%%%& 射激光为高斯光束的情况,在一阶近似下,可以得到仅给出了连续( )高斯光束的情况,而实际的 扫BK+ 远场轴上透过率的简单解析表达式, 当然也有一些描实验中采用的多为脉冲激光,将连续高斯光束情[]?况拓展到脉冲高斯光束情况的处理将会更符合实际 作者采用菲涅耳()衍射法 和汉克尔EF:G7:4国家自然科学基金(批准号:),天津市自然科学基金(批准号:),南开大学创新基金资助的课题!(##&’’%-"(#%& %%,:! /01234 556327 8 727923 , :;

! -。45 [ 3( # / # / ) ]&& ! ’ ’& * % 每一个高斯光束独立传播到光阑平面,在光阑平面& **( )>7[] 再对电场进行重新求和,得到光阑处的电场为%我们可以很容易地将稳态结果扩展到由脉冲电/ %0%(,,) (,,)!" # ! $ - " ! # - * $ 。,场诱导的瞬态效应! 数值计算由脉冲电场引起的$2&[ 3 (,)]/ ! * ! $ ’&*"扫描的归一化透过率可以分为两步 首先,将激光脉1 !& !’!& - *&冲总的作用时间分成很多时间层,在每一个时间层#% 3(#%/ /+ 3 ,() 中的传播就像连续激光一样,对每一个时间层独立1 。45#6( ’% %)& & )&进行数值计算;其次,累积所有的时间层产生的效 设(), 为在自由空间中从介质到光* - 6 + +0 ) ! +应,这是一个关于时间的积分,可以用?3@5AB: 算法 阑平面的距离,方程()中其他参量如下:6高效率的完成这个积分! 计算时间由所分的时间层% % ()(),( )’ &* - ’ ! 0 % & + 6%,数所决定,总的时间由每一层连续激光所需要的计6 %,( )+ - (’%7 算时间乘以时间层数所得到 图 给出了在小孔情&&*! 6%况下由连续激光和脉冲激光产生的 扫描曲线,级/ 606 / *,( )[ ])& - + [ % % % ]%8 数求和项 & - ?( )78小于 的时候,这个比值近似等于,随着非/!& /! ""!,( ) - # " 0 ,7* ",线性相移! "的增加,这个比值也在增加,这条曲!(/)()()9/ / 6 ! " 0 , " 6 , 6 !, ( ) 线的斜率先增大后减小,最后趋近于零,从而达到饱 ’ #7: ",// //[ ()][ ()]/ 6 / " 6 ! / 6 / , 6 !和 当非线性相移时,这个比值近似等于/’! " # $"(),( )! 0 # ! 0 123 0 / #%71,这也与图 的结果是符合的" ( @$/’( ) / # ( & ( " ’7;图 给出了不同 下由脉冲激光产生的 扫9#) 应用对称性,将()式简化为%5* * 0 "描曲线,无量纲半径 分别为 , ,,和 ,非#" (5 " ( @ ! / $"%)*+ # !!/ +", { *-。

( -", / )线性相移为 可以看出,在大非线性相移下,$ ’!"" # " , # ""!,

出了不同非线性相移! "下由脉冲激光产生的/! 扫描曲线亚博体彩app ,非线性相移分别为,, ,! "" 01" " 4" !"! 和 ,无量纲半径 为可以看出,在非线性相-"" " 01 6。 移时,扫描曲线是对称的,这与文献[]! " !"/3! 的结果是一致的;随着非线性相移 ! "的增加,!时, 扫描曲线变得越来越不对称,峰的 ! " 7 " /! 高度随着非线性相移! "的增加而增大,谷的深度! 则趋于饱和 为了解释图 和图 中峰变化快谷变6-1 化慢的原因,图 给出了样品分别位于 扫描曲线8/ 峰和谷的位置以及线性情况下光阑处归一化光强的 径向分布曲线6 可以看出, 5 " 0 3时,在光阑处! ""!图 样品分别位于 扫描曲线峰和谷的位置以及线性情况下 的归一化光强变化趋势基本一致,这是非线性相移8/ 较小的情况下图 中 扫描曲线峰谷对称的原因;光阑处归一化光强的径向分布曲线1 / 期陈树琪等:大非线性相移下光学非线性 扫描特性的研究%$ %/ !%透镜的焦距!。 %/011,光束的束腰半径 "0。 $0 1 -! ! " 实验结果与分析在探测器前加一个直径可以自由变化的限制光阑,在限制光阑的后面用探测器 ()测#$ 2(34*5,(6 7!89%0我们所用的 扫描实验装置与文献[, ]的相#$ %&量透射激光的光强- 为了减少激光脉冲能量起伏的 同,激光器、扫描移动装置、等都由计算机控’()*+,影响,每一个测量点结果为入射能量波动低于/ : 制华体会体育 ,整个测量过程在计算机的控制下自动进行- 我们的 个激光脉冲的测量结果的平均值 实验所用的/0- 将从激光器出射的激光先经过小孔衍射,在远场只光源是染料脉冲激光系统(公司),;(65?6@@1 取衍射光斑的最内环,之后再经过空间滤波,从而得输出波长为/!$61,脉冲宽度为!0AB,脉冲重复频率 到在时间包络和空间包络上完美的高斯光束- 聚焦%0CD -图 相同输出能量下不同 的实验和理论拟合 扫描曲线(非线性相移, 分别为, , 和)E$+#" 0 。

%"F0# $+ 0 " %&F 0 "!E0 0 "/G! %"0EE! 图 相同 下不同输出能量的实验和理论拟合 扫描曲线(无量纲半径,非线性相移分别为 ,, 和 )F $+#$+ 。 0 "/G! " 0 0 "$ %" % %"/0# $ " %0#!"( "’物理学报// 卷实验中,选择纯的二硫化碳作样品,因为二硫化移分别为, , 和可以看& -(% "- "% "-/( - "& !! &""""! 碳有很强的光克尔效应,并且它常被用作确定三阶出,在不同的非线性相移! &下实验结果和数值计! 光学非线性系数大小的参考标准! 二硫化碳样品在算结果也符合得很好;随着非线性相移 ! &的增! "## 厚的石英比色皿中,我们测量了相同输出能量加,扫描曲线越来越不对称,时,曲线*! & + ( - "&"! 下,光阑半径 分别为, ,和!%## "# "’##()##$的谷已经趋于饱和,这也与图/ 中理论曲线的变化 的 扫描曲线;还测量了光阑半径时,不*! + "’##$趋势是一致的! 同输出能量下的 扫描曲线 图 给出了相同输出*! , 能量下不同 的实验和理论拟合 扫描曲线,非线"*$% - 结 论 性相移, 分别为, ,! & + "- )&" "$& - "%) & -。

,& & -/0。! 和可以看出,在不同的 下实验结果和数综上所述,我们用高斯分解法( )对由脉冲电"-&,, !"12$场诱导的大非线性相移下的 扫描进行了研究,证 值计算结果符合得很好;随着 的增大,扫描曲*"*$明了 仍然可以用来分析大相移下的 扫描理 线的峰逐渐减小澳洲幸运5平台 ,并且在 "+ "-&,, 时,实验和理论12*$ 曲线的峰接近消失,如果继续增大 , 扫描曲线论,并对脉冲和连续两种不同入射激光下的大非线" *$性相移 扫描曲线的峰谷结构进行了比较 我们发 的峰就会消失,这也与图% 中理论曲线的变化趋势*!现在大非线性相移的情况下, 扫描曲线的峰和谷 是一致的 文献[ ]将这种现象归因于非线性吸收,*!"" 而我们的研究结果表明,在大非线性相移下,必须考随透过光阑或光强的变化表现出来某些新的特性! 虑光阑孔径对非线性折射的影响,它可以造成* 扫我们采用皮秒脉冲激光下的纯二硫化碳实验对理论 描曲线的谷远大于峰,类似存在非线性吸收的情况!分析加以验证,结果表明理论与实验结果是相一 图 给出了相同 下不同输出能量的实验和理论致的!)"$ 拟合 扫描曲线,无量纲半径,非线性相*" + & -/0。

$ [],, " 3456789$4$5 : 3$6; ?@ABC$>; D E "0)0 #$% ! &’%% ! !" &’%% ! " 。。"[],0//0 X6T$A;L DCHVC 3$#$; Y6C?L> 26$? =656A$ "00) * ! #$% ! 821 ! 3/ 9 [],,,, ( 3456789$4$5 : 3$6; 2 I =$>?@ABC$>; D E !’ (,%([ ],,"00& ())) ! * ! +,-。%,/ )0’1%!2。 ! #$ ,’&"& 1$?76CC I 2 "0,) &9。’-! 867%’/ >2,!9’! ?!-。7@ 2!/7 -。; #$%917 [],,(: ) 。 J$>H 1 K 3L>H K M E$>H K N ’% -0 (&&& 31%- 4567 ! 89。 ! "% Y5P KLA7 E6C5B()[方光宇、宋瑛林、王玉晓 等物理学报[ ], ," 6> O46>5?5(&&&"" K$L 9 X5> M GLV N (&&。

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