富勒烯溶液和掺铝氧化锌薄膜的光限幅效应研究

论文摘要

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(C60和C70)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(C60甲苯、C60二甲苯、C70甲苯和C70二甲苯)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/cm2）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/cm2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/cm2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,C70的透射率总体上低于C60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3.68×10-9m/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-6.34×10-13m2/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。

论文目录

• 摘要
• abstract
• 注释表
• 缩略词
• 第一章 绪论
•   1.1 研究目的及意义
•   1.2 激光防护技术及其研究进展
•     1.2.1 基于线性光学原理的激光防护技术
•     1.2.2 基于非线性光学原理的激光防护技术
•   1.3 光限幅材料及其研究进展
•     1.3.1 无机光限幅材料
•     1.3.2 有机光限幅材料
•   1.4 论文研究内容与主要工作
• 第二章 基于非线性光学的光限幅原理
•   2.1 非线性折射率和非线性吸收系数
•   2.2 基于非线性光学的光限幅类型
•     2.2.1 非线性吸收型
•     2.2.2 非线性折射型
•     2.2.3 非线性散射型
•     2.2.4 非线性反射型
•   2.3 Z扫描测量法
•     2.3.1 Z扫描测量法的实验原理
•     2.3.2 开孔Z扫描测量及其理论计算
•     2.3.3 闭孔Z扫描测量及其理论计算
•   2.4 本章小结
• 第三章 富勒烯溶液的光限幅效应研究
•   3.1 富勒烯溶液的制备
•   3.2 富勒烯溶液光限幅实验过程
•     3.2.1 实验仪器设备
•     3.2.2 实验光路
•     3.2.3 实验方案
•   3.3 富勒烯溶液光限幅实验结果及分析
•     3.3.1 浓度与厚度的影响
•     3.3.2 溶质与溶剂的影响
•     3.3.3 光限幅效应的分析
•   3.4 本章小结
• 第四章 掺铝氧化锌薄膜的非线性光学效应研究
•   4.1 AZO薄膜样品
•   4.2 AZO薄膜Z扫描测量实验过程
•     4.2.1 实验仪器设备
•     4.2.2 实验装置
•     4.2.3 实验方案
•   4.3 AZO薄膜Z扫描测量实验结果与分析
•     4.3.1 开孔Z扫描测量实验结果与分析
•     4.3.2 闭孔Z扫描测量实验结果与分析
•   4.4 AZO薄膜的非线性光学与光限幅效应
•     4.4.1 AZO薄膜的非线性光学效应
•     4.4.2 AZO薄膜的光限幅效应
•   4.5 本章小结
• 第五章 总结与展望
• 参考文献
• 致谢
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 左宇杰

导师: 路元刚

关键词: 激光防护技术,光限幅材料,非线性光学,富勒烯,掺铝氧化锌

来源: 南京航空航天大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑,工程科技Ⅱ辑,信息科技

专业: 物理学,材料科学,工业通用技术及设备,无线电电子学

单位: 南京航空航天大学

分类号: TN24;TB383.2

DOI: 10.27239/d.cnki.gnhhu.2019.000522

总页数: 63

文件大小: 2030K

下载量: 40