Z-扫描光学非线性表征技术-光学前沿讲座课件.ppt_163文库

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1、2011-1-14 2011-1-14 光学前沿讲座光学前沿讲座Z-扫描光学非线性表征技术扫描光学非线性表征技术2011-1-14 2011-1-14 光学前沿讲座光学前沿讲座2.Z-扫描表征技术的基本原理扫描表征技术的基本原理内容提要内容提要:4.瞬态与非瞬态瞬态与非瞬态Z-扫描表征技术扫描表征技术 3.几种改进型几种改进型Z-扫描表征技术扫描表征技术 5.饱和吸收与多光子吸收饱和饱和吸收与多光子吸收饱和Z-扫描表征技术扫描表征技术 6.多光子感应激发态多光子感应激发态Z-扫描表征技术扫描表征技术 0.研究背景研究背景 7.总结总结 11.光学非线性效应光学非线性效应 2011-1-14

2、2011-1-14 光学前沿讲座光学前沿讲座2.Z-扫描表征技术的基本原理扫描表征技术的基本原理内容提要内容提要:4.瞬态与非瞬态瞬态与非瞬态Z-扫描表征技术扫描表征技术 3.几种改进型几种改进型Z-扫描表征技术扫描表征技术 5.饱和吸收与多光子吸收饱和饱和吸收与多光子吸收饱和Z-扫描表征技术扫描表征技术 6.多光子感应激发态多光子感应激发态Z-扫描表征技术扫描表征技术 0.研究背景研究背景 7.总结总结 11.光学非线性效应光学非线性效应 2011-1-14 2011-1-14 光学前沿讲座光学前沿讲座上转换激射上转换激射 Nature 415,767(2002).光学微制作光学微制作 N

3、ature 398,51(1999).荧光成像荧光成像 Science 300,1434(2003).光通讯光通讯 J Lightwave Technol 24,4750(2006).光孤子光孤子 PRL 100,030402(2008).全光开关全光开关 OE 16,7693(2008).(3)(3)(3)=ReIm i 非线性吸收非线性吸收非线性折射非线性折射22011-1-14 2011-1-14 光学前沿讲座光学前沿讲座2.Z-扫描表征技术的基本原理扫描表征技术的基本原理内容提要内容提要:4.瞬态与非瞬态瞬态与非瞬态Z-扫描表征技术扫描表征技术 3.几种改进型几种改进型Z-扫描表征技

4、术扫描表征技术 5.饱和吸收与多光子吸收饱和饱和吸收与多光子吸收饱和Z-扫描表征技术扫描表征技术 6.多光子感应激发态多光子感应激发态Z-扫描表征技术扫描表征技术 0.研究背景研究背景 7.总结总结 1.光学非线性效应光学非线性效应 2011-1-14 2011-1-14 光学前沿讲座光学前沿讲座3当介质受到光波作用时，介质被极化当介质受到光波作用时，介质被极化无极分子的位移极化无极分子的位移极化 0E有极分子的取向极化有极分子的取向极化取向极化取向极化0E极化强度矢量极化强度矢量 PPE 是线性极化率，表征介质对光场相应的大小是线性极化率，表征介质对光场相应的大小2011-1-14 2011

5、-1-14 光学前沿讲座光学前沿讲座4当介质受到强激光作用时，介质被极化当介质受到强激光作用时，介质被极化举例：倍频效应举例：倍频效应 :(21)3)()+EPE+EEEE M M(2)其中其中和和分别是二阶和三阶非线性极化率。分别是二阶和三阶非线性极化率。(3)入射光波入射光波：()1=+.2-it-krEec c -(-)(2)(2)222itrkPe 满足条件满足条件时即可产生频率为时即可产生频率为2w 的倍频光波。的倍频光波。22kk 2 2 2 2011-1-14 2011-1-14 光学前沿讲座光学前沿讲座三阶非线性光学效应三阶非线性光学效应 23-(-)(3)(33)tki

6、rPe 三次谐波产生三次谐波产生入射光波入射光波：()1=+.2-it-krEec c (3)()2-(-)(3)(3)(3)rkitPPe 折射率随光强变化折射率随光强变化可得介质的折射率为可得介质的折射率为 02()n Inn I其中其中n2 称为非线性折射率。称为非线性折射率。52011-1-14 2011-1-14 光学前沿讲座光学前沿讲座自聚焦和自散焦效应自聚焦和自散焦效应 02()n Inn I透镜聚焦平行光线透镜聚焦平行光线 -各光线的光程相等各光线的光程相等 20n 自聚焦（自聚焦（Self-focusing）凸透镜聚焦光束凸透镜聚焦光束凹透镜散焦光束凹透镜散焦光束自散

7、焦（自散焦（Self-defocusing）20n 62011-1-14 2011-1-14 光学前沿讲座光学前沿讲座非线性折射的物理机理非线性折射的物理机理电子云畸变电子云畸变分子取向分子取向电致伸缩、电致伸缩、Raman感应克尔效应、布局重新分布等。感应克尔效应、布局重新分布等。热贡献热贡献组成介质的分子或原子的外层电子云在电场作用下发生畸变。组成介质的分子或原子的外层电子云在电场作用下发生畸变。响应时间飞秒量级。响应时间飞秒量级。介质（主要指溶液）中的各向异性分子在外界光场作用下，重介质（主要指溶液）中的各向异性分子在外界光场作用下，重新作规则再取向运动而导致的感应电极化的附加贡

8、献。响应时新作规则再取向运动而导致的感应电极化的附加贡献。响应时间皮秒量级。间皮秒量级。介质吸收了外加光场的能量后，其中一部分将转化为介质增加介质吸收了外加光场的能量后，其中一部分将转化为介质增加的热能。温度升高使介质密度改变，进而产生热非线性效应。的热能。温度升高使介质密度改变，进而产生热非线性效应。72011-1-14 2011-1-14 光学前沿讲座光学前沿讲座非线性吸收的物理机理非线性吸收的物理机理饱和吸收饱和吸收 0()1SII I 双光子吸收双光子吸收 02()II多光子吸收多光子吸收 10()n-nII h h h h0SeS在外场作用下处在基态的电子同时吸收两个光子，电子跃迁

9、到在外场作用下处在基态的电子同时吸收两个光子，电子跃迁到激发态的过程。激发态的过程。多能级吸收。介质的激发态吸收截面小于基态的吸收截面时，多能级吸收。介质的激发态吸收截面小于基态的吸收截面时，材料的透过率随着光强的增加而增加，该过程称为饱和吸收。材料的透过率随着光强的增加而增加，该过程称为饱和吸收。自由载流子吸收自由载流子吸收在半导体中，载流子可以帮助导带（价带）吸收更高（低）激在半导体中，载流子可以帮助导带（价带）吸收更高（低）激发态的光子，该过程称为自由载流子吸收。发态的光子，该过程称为自由载流子吸收。82011-1-14 2011-1-14 光学前沿讲座光学前沿讲座2.Z-扫描表征技术

10、的基本原理扫描表征技术的基本原理内容提要内容提要:4.瞬态与非瞬态瞬态与非瞬态Z-扫描表征技术扫描表征技术 3.几种改进型几种改进型Z-扫描表征技术扫描表征技术 5.饱和吸收与多光子吸收饱和饱和吸收与多光子吸收饱和Z-扫描表征技术扫描表征技术 6.多光子感应激发态多光子感应激发态Z-扫描表征技术扫描表征技术 0.研究背景研究背景 7.总结总结 1.光学非线性效应光学非线性效应 2011-1-14 2011-1-14 光学前沿讲座光学前沿讲座描述非磁材料的描述非磁材料的Maxwell 方程方程 9 描述非线性介质的波动方程描述非线性介质的波动方程(1)(1)()=()()()=()()NLNL

11、D tE tPtPtE tPt ()=0B t()=0D t1()()=B tE tct 1()()=D tB tct (1)222222()()()=NLE tPtE tctct(1)()=()NLE tPt .(,)=(,)n-itnnE r z tEr z ecc .(,)=(,)n-itNLNLnnPr z tPr z ecc 2011-1-14 2011-1-14 光学前沿讲座光学前沿讲座非线性非线性 Schrdinger 方程方程2=)EEE()()E r,zE r通常通常 ,这样这样 =0E 2(1)22224=-NLnnnEEPcc 2(1)222()4-=NLnnnnnnPc

12、c 矢量波动方程矢量波动方程缓变包络近似缓变包络近似-假设电场幅度假设电场幅度E(r,t)相对于相对于r 和和t 的变化缓慢。的变化缓慢。波沿波矢方向传播，电场对空间和时间的高阶导数可以忽略。波沿波矢方向传播，电场对空间和时间的高阶导数可以忽略。2 EEz衍射项衍射项102011-1-14 2011-1-14 光学前沿讲座光学前沿讲座薄样品近似：薄样品近似：样品很薄，样品内由于衍射和折射率改变对光束样品很薄，样品内由于衍射和折射率改变对光束直径改变不产生影响。直径改变不产生影响。02(,;)(,;)(,;)(,;)I r z t=r z tzr z t=kn I r z tz 22224=-

13、NLnnnEE+k EPzc 2e02eff(,;)(,;)exp(-/2)exp(,;)E r z tE r z tLikn E r z tL 出射场出射场11仅考虑薄样品具有三阶非线性折射效应时，样品内的电场为仅考虑薄样品具有三阶非线性折射效应时，样品内的电场为2011-1-14 2011-1-14 光学前沿讲座光学前沿讲座20n 自聚焦样品（自聚焦样品（）探测器探测器+z 探测器探测器+z 探测器探测器样品样品+z光阑光阑透镜透镜探测器探测器+z -5050.800.901.001.10 T(z)z20n 自散焦样品（自散焦样品（）-5050.800.901.001.10 T(z)z

14、探测器探测器样品样品+z光阑光阑透镜透镜探测器探测器+z 122011-1-14 2011-1-14 光学前沿讲座光学前沿讲座20 双光子吸收（双光子吸收（）20 饱和吸收（饱和吸收（）薄样品仅具有三阶非线性吸收效应时，样品内的电场为薄样品仅具有三阶非线性吸收效应时，样品内的电场为202(,;)(,;)(,;)dI r z t=r z tr z tdz开孔开孔Z-扫描扫描样品样品+z透镜透镜探测器探测器透镜透镜-5050.880.941.001.06 T(z)z-5050.880.941.001.061.12 T(z)z132011-1-14 2011-1-14 光学前沿讲座光学前沿讲座

16、e et al.,IEEE J.Quantum Electron.26,760(1990).探测器探测器样品样品+z光阑光阑透镜透镜 142011-1-14 2011-1-14 光学前沿讲座光学前沿讲座非线性吸收系数非线性吸收系数非线性折射系数非线性折射系数开孔开孔Z扫描扫描闭孔闭孔Z扫描扫描提取提取开孔开孔Z扫描实验图扫描实验图DetectorSample+z-5050.880.941.001.06 T(z)z闭孔闭孔Z扫描实验图扫描实验图DetectorSample+z-5050.800.901.001.10 T(z)z15Z-扫描技术扫描技术是基于空间光束畸变原理，空间光强横向分布变化

17、是基于空间光束畸变原理，空间光强横向分布变化感应类透镜效应，样品沿光轴移动改变了类透镜效应的强度，感应类透镜效应，样品沿光轴移动改变了类透镜效应的强度，进而探测远场图样变化。进而探测远场图样变化。2011-1-14 2011-1-14 光学前沿讲座光学前沿讲座-8-40480.70.80.91.01.1 T(z)z/z0n20,20-8-40480.70.80.91.01.1 T(z)z/z0n20-8-40480.80.91.01.11.21.31.4 T(z)z/z0n20,20-8-40480.80.91.01.11.21.31.4 T(z)z/z0n20,20162011-1-14 2

18、011-1-14 光学前沿讲座光学前沿讲座2.Z-扫描表征技术的基本原理扫描表征技术的基本原理内容提要内容提要:4.瞬态与非瞬态瞬态与非瞬态Z-扫描表征技术扫描表征技术 3.几种改进型几种改进型Z-扫描表征技术扫描表征技术 5.饱和吸收与多光子吸收饱和饱和吸收与多光子吸收饱和Z-扫描表征技术扫描表征技术 6.多光子感应激发态多光子感应激发态Z-扫描表征技术扫描表征技术 0.研究背景研究背景 7.总结总结 1.光学非线性效应光学非线性效应 2011-1-14 2011-1-14 光学前沿讲座光学前沿讲座改变入射光束改变入射光束提高测量灵敏度和信噪比提高测量灵敏度和信噪比A.Top-hat光束光

19、束Z-Z-扫描扫描 A1A2ffzLSampleTo power meterDetectorSpatial Profileof Input BeamAPL 63,1613(1993).B.Gaussian-Bessel光束光束Z-扫描扫描 PRA 56,R1103(1997).S1CLSampleS2zffC.准一维狭缝光束准一维狭缝光束Z-扫描扫描 JOSA B 21,968(2004).D.椭圆高斯光束椭圆高斯光束Z-扫描扫描 APB 77,71(2003).E.离轴高斯光束离轴高斯光束Z-扫描扫描 AfzLSampleDetectorOC 107,415(1994).F.Flat-top

20、ped光束光束Z-扫描扫描 APB 95,773(2009).172011-1-14 2011-1-14 光学前沿讲座光学前沿讲座改进测量光路改进测量光路拓展测量内容拓展测量内容A.双色光双色光Z-扫描扫描 Ma et al.,APL 59,2666(1991).B.双光束时间分辨双光束时间分辨Z-扫描扫描 Kawazoe et al.,OC 160,125(1999).C.非线性椭圆旋转非线性椭圆旋转Z-扫描扫描Liu ZB et al.,OE 15,13351(2007).182011-1-14 2011-1-14 光学前沿讲座光学前沿讲座D.反射反射Z-扫描扫描Martinelli et

21、 al.,APL 72,1427(1998).E.白光白光Z-扫描扫描Balu et al.,OE 12,3820(2004).F.热处理遮挡热处理遮挡Z-扫描扫描Gomes et al.,OE 15,1712(2007).192011-1-14 2011-1-14 光学前沿讲座光学前沿讲座2.Z-扫描表征技术的基本原理扫描表征技术的基本原理内容提要内容提要:4.瞬态与非瞬态瞬态与非瞬态Z-扫描表征技术扫描表征技术 3.几种改进型几种改进型Z-扫描表征技术扫描表征技术 5.饱和吸收与多光子吸收饱和饱和吸收与多光子吸收饱和Z-扫描表征技术扫描表征技术 6.多光子感应激发态多光子感应激发态Z-扫

22、描表征技术扫描表征技术 0.研究背景研究背景 7.总结总结 1.光学非线性效应光学非线性效应 2011-1-14 2011-1-14 光学前沿讲座光学前沿讲座1）Z-扫描技术表征瞬态非线性效应扫描技术表征瞬态非线性效应 B.Gu et al.,Appl.Opt.47,1187(2008).样品的非线性响应时间样品的非线性响应时间激光脉冲宽度激光脉冲宽度 R 非线性效应依赖于样品内的瞬态光强非线性效应依赖于样品内的瞬态光强 Z-扫描归一化透过率的解析式扫描归一化透过率的解析式:*0000,=0(,)=(,)(,)(,)Mmmmmmmm mT x sgxqgxq ASx s023 2=0()(,

23、1)=(1)(1)mmmqT x sxm 当当时，开孔时，开孔Z-扫描表达式为扫描表达式为 01q 2000eff=k I L 00eff=qI L 2011-1-14 2011-1-14 光学前沿讲座光学前沿讲座在弱非线性效应时，闭孔在弱非线性效应时，闭孔Z-扫描表达式为扫描表达式为 200224(3)1(,0)=1(1)(9)2xxqT x sxx (a)丙酮和丙酮和(b)3TC/丙酮溶液的飞秒脉冲丙酮溶液的飞秒脉冲 Z-扫描实验曲线扫描实验曲线.-8-40480.80.91.01.1780 nm130 fs1 kHz T(z)z/z0(a)I0=68 GW/cm2-8-40480.80

24、0.901.001.10(b)T(z)z/z0 CA OA212011-1-14 2011-1-14 光学前沿讲座光学前沿讲座2）Z-扫描技术表征非瞬态光学扫描技术表征非瞬态光学Kerr非线性效应非线性效应 B.Gu et al.,Opt.Lett.34,2769(2009).瞬态瞬态非线性效应非线性效应R非线性效应不明显非线性效应不明显R非瞬态非瞬态非线性效应非线性效应RR(,;)(,;)(,;)d n r z tn r z tI r z tdt 样品的折射率变化满足样品的折射率变化满足Debye弛豫方程：弛豫方程：-3-2-10123450.00.20.40.60.81.0 n(0,0;t

25、)t/I(0,0;t)/I0 =10 R =R =0.1 R 时脉冲宽度依时脉冲宽度依赖的折射率变化赖的折射率变化.R2 ps 212011-1-14 2011-1-14 光学前沿讲座光学前沿讲座-4-20240.70.80.91.01.11.2 =10 R =R =0.1 R T(z)z/z0 0=2s=0.2 R=2 psZ-扫描实验中扫描实验中满足经验公式满足经验公式：PV T)300.25RPV3R0.76(/)0.406(1)210.76(/Ts 脉冲宽度依赖的脉冲宽度依赖的Z-扫描曲线扫描曲线0.010.11101000.00.20.40.6 TPV /R 0=2s=0.2 R=

26、2 ps随脉冲宽度变化的随脉冲宽度变化的PV T232011-1-14 2011-1-14 光学前沿讲座光学前沿讲座2.Z-扫描表征技术的基本原理扫描表征技术的基本原理内容提要内容提要:4.瞬态与非瞬态瞬态与非瞬态Z-扫描表征技术扫描表征技术 3.几种改进型几种改进型Z-扫描表征技术扫描表征技术 5.饱和吸收与多光子吸收饱和饱和吸收与多光子吸收饱和Z-扫描表征技术扫描表征技术 6.多光子感应激发态多光子感应激发态Z-扫描表征技术扫描表征技术 0.研究背景研究背景 7.总结总结 1.光学非线性效应光学非线性效应 2011-1-14 2011-1-14 光学前沿讲座光学前沿讲座1 1）开孔）开孔

27、Z-Z-扫描技术表征非线性饱和吸收扫描技术表征非线性饱和吸收 B.Gu et al.,Phy.Rev.A 73,065803(2006).激光束在薄的饱和吸收材料中传播，光强的演变为激光束在薄的饱和吸收材料中传播，光强的演变为 ()()dI dzf II I 0()LoutinIIf I dz 0outmmIu 010()(,)mmmf IAu uu !001mmkmkmkdAfumd Adomian分解法分解法*G.Adomian,J.Math.Anal.Appl.135,501(1988).非线性饱和吸收模型非线性饱和吸收模型:0()1 SII I (均匀展宽均匀展宽M-1)0()1 SI

28、I I (非均匀展宽非均匀展宽M-2)000LinmmmmuIA dz 242011-1-14 2011-1-14 光学前沿讲座光学前沿讲座!001()()1()mLmMmLT zeqm Z-扫描解析表达式扫描解析表达式:-40-30-20-10 0 10 20 30 400.51.01.52.02.53.03.54.04.5 T(z)z(mm)=532 nm F=35 ps 0L=1.58I0=2.5 GW/cm2M-2M-1 侧链偶氮苯薄侧链偶氮苯薄膜的开孔膜的开孔Z-扫描实扫描实验曲线验曲线.0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0024681012 M 0L 截取误差为截

29、取误差为1%时最佳求和上时最佳求和上限限M随随 0L的变化关系的变化关系.252011-1-14 2011-1-14 光学前沿讲座光学前沿讲座2 2）双光子吸收饱和的）双光子吸收饱和的Z-Z-扫描理论扫描理论 B.Gu et al.,J.Appl.Phys.102,083101(2007).双光子饱和吸收模型双光子饱和吸收模型:0S()1 II I (M-1)022S()1 III (M-3)022S()1 III (M-2)-60-40-2002040600.40.60.81.0 T(z)Z(mm)Bulk CdS =780 nm F=140 fsdifferent I00102030405

30、0600.20.40.60.81.0 Transmittance T(0)Incident Intensity I00(GW/cm2)Pure 2PAM-1262011-1-14 2011-1-14 光学前沿讲座光学前沿讲座3 3）Z-Z-扫描表征共存的饱和吸收和双光子吸收扫描表征共存的饱和吸收和双光子吸收J.Wang et al.,Opt.Commun.283,3525(2010).0S()1 III I *唯象理论唯象理论:*Y.Gao et al.,Opt.Commun.251,429(2005).1.001.051.101.151.20-10-50510-10-505101.001.0

31、51.101.151.20 I00=0.011 GW/cm2 Analytical Results 0=1.43 cm-1L=0.2 cm=32 cm/GWIS=0.0011 GW/cm2 0.065 z/z00.041T(z)z/z0 0.024 Numerical Simulations0.000.050.100.91.01.11.21.3 T(z=0)I00(GW/cm2)TPA SA SA+TPA272011-1-14 2011-1-14 光学前沿讲座光学前沿讲座4 4）三光子吸收饱和的）三光子吸收饱和的Z-Z-扫描技术扫描技术 B.Gu et al.,J.Appl.Phys.103,

32、073105(2008).三光子吸收饱和理论三光子吸收饱和理论:03333S()1 III 30S03F312ln2=NI-8-40480.40.60.81.0 T(z)z(mm)I0(GW/cm2)32.2 66.0 355ZnO =780 nm F=120 fsf=1 kHz080160 240 320 4001.01.52.02.53.03.54.0 1/T(0)I0(GW/cm2)3PA saturation3PA3PA+FCA-101230.00.51.01.5 -T(t)/T Delay Time t (ps)Ip(GW/cm2)9.07 23.7 92.8 15405010015

33、02000.00.51.01.52.0 -T(0)/TPump Intensity IP(GW/cm2)3PA saturation3PA282011-1-14 2011-1-14 光学前沿讲座光学前沿讲座2.Z-扫描表征技术的基本原理扫描表征技术的基本原理内容提要内容提要:4.瞬态与非瞬态瞬态与非瞬态Z-扫描表征技术扫描表征技术 3.几种改进型几种改进型Z-扫描表征技术扫描表征技术 5.饱和吸收与多光子吸收饱和饱和吸收与多光子吸收饱和Z-扫描表征技术扫描表征技术 6.多光子感应激发态多光子感应激发态Z-扫描表征技术扫描表征技术 0.研究背景研究背景 7.总结总结 1.光学非线性效应光学非线

34、性效应 2011-1-14 2011-1-14 光学前沿讲座光学前沿讲座1）Z-扫描表征激发态增强三阶光学非线性效应扫描表征激发态增强三阶光学非线性效应 B.Gu et al.,Opt.Express 18，26843（2010）.29S0Shs sSs s0S1 S(c)S0s s0S1 S Ts sTT1Th(d)S0Sh(b)S0Shs sSs s0S1 S1100 ps T0.1 ms s sT isc2 ns Th50 fs Sh50 fsT1Th(a)20ST(,;)(,;)()(,;)I r z tI r z tIr z tz ST()(,;)knnI r z tz 2011-1

35、-14 2011-1-14 光学前沿讲座光学前沿讲座-6-30360.60.70.80.91.0 OA Z-scans =10 ps =100 ps =1 ns =10 ns T(z)z/z0-6-30360.20.40.60.81.01.2z/z0 CA Z-scans =10 ps =100 ps =1 ns =10 nsT(z)10-1310-1210-1110-1010-910-810-710-410-2100102STSTST IIIII S T S+T+NLA coefficient(cm/GW)Pulse-duration (s)I(a)10-1310-1210-1110-101

36、0-910-810-710-910-710-510-3 ST100 ps100 s IIIII nS nT nS+nT+ESR index(cm2/GW)Pulse-duration (s)(b)I302011-1-14 2011-1-14 光学前沿讲座光学前沿讲座2）Z-扫描表征两光子感应激发态非线性效应扫描表征两光子感应激发态非线性效应 232ST(,;)=(,;)()(,;)dI r z tIr z tIr z tdz 薄样品内的光强演变薄样品内的光强演变:2S2S23=exp()()2tG t dt s s 其中其中2TT2T2ST3exp()()exp()2ttttG tdtdt s

37、 s 22S()=exp(2/)exp()/tG ttttdt B.Gu et al.,Opt.Lett.35,417(2010).(a)S0ShS1 T T11 S11ThT1(b)S0S1 T T11 S11ThT1(c)S0ShS1 S11312011-1-14 2011-1-14 光学前沿讲座光学前沿讲座-4-202405101520 Intensityt/-50-250255005101520 IntensityRadius(m)Input Intensity 2PA =1 ps =10 ps =100 ps =1 ns两光子感应激发态吸收导致透射脉冲光束在时间和空间上两光子感应激发

38、态吸收导致透射脉冲光束在时间和空间上发生了畸变发生了畸变.*B.Gu et al.,Appl.Phys.Lett.92,091118(2008).薄样品具有两光子感应激发态效应时我们获得了开孔薄样品具有两光子感应激发态效应时我们获得了开孔Z-扫描扫描解析式为解析式为*44OA00(,)mnmnmnTz p hap h 其中其中eff(1)22200/(1/),pI Lz z eff2(2)1 22230eff0(2)/(1/)hI Lz z 322011-1-14 2011-1-14 光学前沿讲座光学前沿讲座eff0230()0.544II eff0240()0.422nInnI 快捷方法快捷

39、方法:三阶和五阶非线性系数可以用如下表达式快速而准三阶和五阶非线性系数可以用如下表达式快速而准确地获得确地获得*B.Gu et al.,Opt.Express 16,17745(2008);OE 17,1126(2009).50100 150 200 250 3002.02.53.03.54.00.20.61.01.41.8 nom(10-2 cm/GW)I0 (GW/cm2)nnom (10-6 cm2/GW)-200200.841.001.16 O O2N OCH3 OCH3 OCH3 T(z)z(mm)780 nm350 fs1 kHzS0Sh2S1he-10120.00.30.60.9

40、1.2 Transient signalDelay time (ps)e 2.5 ps332011-1-14 2011-1-14 光学前沿讲座光学前沿讲座B.Gu et al.,Opt.Express 16,10208(2008).3 3）表征两步四光子吸收）表征两步四光子吸收能级示意图能级示意图:4PAS0S1Virtual StateS0ShVirtual State2-step 4PAS1有效四光子吸收系数有效四光子吸收系数:2222e34e2=exp()exp(-3)exp()3t-tt-t-tdtdt s s 3e3ee43e0.54()31+0.54(/)s s /=e3e4e(

41、If)3=s s e34e(If)3 3=s s 解析解解析解:342011-1-14 2011-1-14 光学前沿讲座光学前沿讲座三光子和有效四光子吸收共存时的三光子和有效四光子吸收共存时的Z-扫描表达式扫描表达式4400(,)mnmnmnT z p hap h 其中其中21 222300(2)/(1/)pI Lz z 31 322400(3)/(1/)hI Lz z B.Gu et al.,Appl.Phys.Lett.96,081104(2010).3005007009000123 O OCH 3 OCH 3 OCH 3 Absorbance(a.u.)Wavelength(nm)exc

42、-20-100102030400.80.91.060170280258 nom I0 (GW/cm2)IC T(z)z(mm)3PA3PA+ESA352011-1-14 2011-1-14 光学前沿讲座光学前沿讲座2.Z-扫描表征技术的基本原理扫描表征技术的基本原理内容提要内容提要:4.瞬态与非瞬态瞬态与非瞬态Z-扫描表征技术扫描表征技术 3.几种改进型几种改进型Z-扫描表征技术扫描表征技术 5.饱和吸收与多光子吸收饱和饱和吸收与多光子吸收饱和Z-扫描表征技术扫描表征技术 6.多光子感应激发态多光子感应激发态Z-扫描表征技术扫描表征技术 0.研究背景研究背景 7.总结总结 1.光学非线性效应

43、光学非线性效应 2011-1-14 2011-1-14 光学前沿讲座光学前沿讲座首先介绍了非线性光学效应和首先介绍了非线性光学效应和Z-扫描光学非线性扫描光学非线性表征技术的基本原理表征技术的基本原理,其后简要回顾了几种改进的其后简要回顾了几种改进的Z-扫描技术。扫描技术。主要内容是介绍了主要内容是介绍了Z-扫描技术表征以下几种非线扫描技术表征以下几种非线性效应：性效应：（A）瞬态和非瞬态光学非线性效应；瞬态和非瞬态光学非线性效应；（B）非线性饱和吸收、两光子吸收饱和和三光非线性饱和吸收、两光子吸收饱和和三光子吸收饱和效应；子吸收饱和效应；（C）激发态增强三阶光学非线性、两光子感应激发态增强

44、三阶光学非线性、两光子感应激发态非线性和两步四光子吸收效应。激发态非线性和两步四光子吸收效应。362011-1-14 2011-1-14 光学前沿讲座光学前沿讲座科学研究的途径科学研究的途径-一个指导老师的札记一个指导老师的札记25Approach to Scientific Research-Academic Notes of an Advisor周立伟周立伟著著北京理工大学出版社北京理工大学出版社（2007）2011-1-14 2011-1-14 光学前沿讲座光学前沿讲座（一）（一）科学研究方法谈科学研究方法谈（二）（二）学习方法谈学习方法谈（三）（三）治学与为人谈治学与为人谈（四

45、）（四）科技学术论文写作与科学基金申请谈科技学术论文写作与科学基金申请谈目录目录 2011-1-14 2011-1-14 光学前沿讲座光学前沿讲座内容提要内容提要:11.研究生须知研究生须知 2.提高专业论文阅读能力提高专业论文阅读能力2011-1-14 2011-1-14 光学前沿讲座光学前沿讲座1.研究生须知研究生须知选择读研是你人生的一个重大决定。选择读研是你人生的一个重大决定。不管你读研的目的是什么，现在，你都应该思考一下怎样才不管你读研的目的是什么，现在，你都应该思考一下怎样才能成为一个成功的研究生。能成为一个成功的研究生。（1 1）让激情成为你成功的动力）让激情成为你成功的动力

46、明确什么样的论文课题是有意义的，值得去做的。只有当你明确什么样的论文课题是有意义的，值得去做的。只有当你对所从事的工作充满激情时，你才能全心全意投入其中。对所从事的工作充满激情时，你才能全心全意投入其中。研究生学习是一项长达研究生学习是一项长达3-63-6年约定的投资，它在你生命中占年约定的投资，它在你生命中占有重要的地位。所以要学会聪明地利用时间。有重要的地位。所以要学会聪明地利用时间。做研究同简单的上课很不一样。如果你对做研究和所选的课做研究同简单的上课很不一样。如果你对做研究和所选的课题不感兴趣，真的不要做了；并重新审视一下你的职业决定。题不感兴趣，真的不要做了；并重新审视一下你的职业决

47、定。2011-1-14 2011-1-14 光学前沿讲座光学前沿讲座(2)(2)选择合适的导师、课题和实验室选择合适的导师、课题和实验室找到合适的导师是很困难的，因为或许直到你已经开始做研找到合适的导师是很困难的，因为或许直到你已经开始做研究了，才可能知道导师的指导方式是不是最适合自己的。一些究了，才可能知道导师的指导方式是不是最适合自己的。一些人喜欢独立工作，而其他人则喜欢导师对他们的工作做出有效人喜欢独立工作，而其他人则喜欢导师对他们的工作做出有效反馈并督导他们。反馈并督导他们。一个关键的因素在于你导师在她一个关键的因素在于你导师在她/他科学研究领域的名望。他科学研究领域的名望。因为当你

48、研究生毕业后，在申请博士因为当你研究生毕业后，在申请博士/博士后时，无论是学术博士后时，无论是学术界、工业界、还是其他领域，你所毕业的实验室都将起到至关界、工业界、还是其他领域，你所毕业的实验室都将起到至关重要的作用。你所看中的导师应该对你讨论的课题非常有热情。重要的作用。你所看中的导师应该对你讨论的课题非常有热情。如果他如果他/她不是这样，你则选择了一个错误的导师或者错误的她不是这样，你则选择了一个错误的导师或者错误的课题。同时，无论你的导师有多么高水平，课题。同时，无论你的导师有多么高水平，你都要防止这种热你都要防止这种热情可能与你的兴趣所在不相符。情可能与你的兴趣所在不相符。2011-1

49、-14 2011-1-14 光学前沿讲座光学前沿讲座（3 3）独立思考）独立思考真正科学家的标志真正科学家的标志不管你开始时的工作习惯怎样，也不管你多么依赖你的导师，不管你开始时的工作习惯怎样，也不管你多么依赖你的导师，最后你将不得不比开始读研时更加独立，并且越早开始独立思最后你将不得不比开始读研时更加独立，并且越早开始独立思考越好。考越好。作为一个创新型的科学家，独立思考的能力对于你的科研生作为一个创新型的科学家，独立思考的能力对于你的科研生涯是至关重要的。所以，你必须从为科学做出重大且独一无二涯是至关重要的。所以，你必须从为科学做出重大且独一无二贡献的角度，尽可能地详细明确你自己的研究课

50、题。贡献的角度，尽可能地详细明确你自己的研究课题。（4 4）生活处处要保持平衡）生活处处要保持平衡一定要花时间去满足自身的需要。研究生学习对心理和身体一定要花时间去满足自身的需要。研究生学习对心理和身体上的要求都很高。所以，健康是第一位的，注意保持身体健康，上的要求都很高。所以，健康是第一位的，注意保持身体健康，否则你可能会花更多的时间来生病。否则你可能会花更多的时间来生病。2011-1-14 2011-1-14 光学前沿讲座光学前沿讲座努力工作应该同其他你喜欢的活动保持平衡，这样可以给自己努力工作应该同其他你喜欢的活动保持平衡，这样可以给自己休息的时间。因为，这些活动对于你以后的科研生涯经

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