飛秒激光誘導(dǎo)無(wú)機(jī)-有機(jī)雜化光子學(xué)微結(jié)構(gòu)與非線性光學(xué)材料的研究.pdf

1、飛秒激光具有極高的峰值功率及很短的脈沖持續(xù)時(shí)間,用它對(duì)材料進(jìn)行微結(jié)構(gòu)修飾是當(dāng)今材料和信息科學(xué)研究的一個(gè)新領(lǐng)域.無(wú)機(jī)一有機(jī)雜化材料集無(wú)機(jī)、有機(jī)性質(zhì)于一體,不僅兼有無(wú)機(jī)、有機(jī)材料兩者的性能優(yōu)勢(shì),并能夠?qū)崿F(xiàn)功能互補(bǔ)和協(xié)同優(yōu)化,在光電應(yīng)用中顯示出了巨大的發(fā)展?jié)摿?如何利用飛秒激光來(lái)誘導(dǎo)和調(diào)控?zé)o機(jī)一有機(jī)雜化材料的微結(jié)構(gòu),以獲得光子學(xué)新材料,已經(jīng)成為了材料科學(xué)、物理和信息等領(lǐng)域廣泛關(guān)注和研究的熱點(diǎn)課題. 本論文對(duì)飛秒激光誘導(dǎo)無(wú)機(jī)一有機(jī)雜化光

2、子學(xué)微結(jié)構(gòu)與非線性光學(xué)材料進(jìn)行了比較詳細(xì)的研究.研究的主要內(nèi)容包括偶氮染料摻雜雜化材料的飛秒激光誘導(dǎo)雙折射性能、酞菁染料摻雜無(wú)機(jī)一有機(jī)雜化材料的飛秒激光誘導(dǎo)光Kerr效應(yīng)、有機(jī)染料摻雜材料的飛秒激光誘導(dǎo)體微光柵以及偶氮染料摻雜無(wú)機(jī)一有機(jī)雜化材料的非共振全光極化等研究. 實(shí)現(xiàn)了偶氮染料摻雜無(wú)機(jī)一有機(jī)雜化材料和聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)聚合物的飛秒激光誘導(dǎo)雙折射效應(yīng),兩種材料的光誘導(dǎo)透過(guò)率分別為92﹪(折射率改變值為5.2×10<

3、'-5>)和21﹪(折射率改變值為1.6×10<'-4>).通過(guò)對(duì)光誘導(dǎo)雙折射效應(yīng)信號(hào)的測(cè)量,考察了光誘導(dǎo)雙折射效應(yīng)的寫入過(guò)程和衰減過(guò)程.研究表明偶氮染料摻雜PMMA聚合物的光誘導(dǎo)雙折射效應(yīng)主要來(lái)源于偶氮分子的重新取向,而偶氮染料摻雜無(wú)機(jī)一有機(jī)雜化材料的光誘導(dǎo)雙折射效應(yīng)主要來(lái)源于偶氮分子的光致異構(gòu). 研究了飛秒激光寫入?yún)?shù)對(duì)偶氮染料摻雜PMMA聚合物的光誘導(dǎo)雙折射效應(yīng)的影響.研究發(fā)現(xiàn)偶氮染料摻雜PMMA聚合物在下列三種寫入情況下

4、,飛秒激光誘導(dǎo)雙折射的上升速率和信號(hào)強(qiáng)度的飽和值由寫入光的峰值功率控制:激光重復(fù)率、脈沖寬度固定,而改變激光功率;激光功率、脈沖寬度固定,而改變激光重復(fù)率;激光功率、重復(fù)率固定,而改變激光脈沖寬度.但是,當(dāng)激光脈沖寬度、脈沖能量固定,而改變寫入激光重復(fù)率,飛秒激光誘導(dǎo)雙折射的上升速率和信號(hào)強(qiáng)度的飽和值則由寫入光的平均功率控制.考察了樣品厚度對(duì)偶氮染料摻雜無(wú)機(jī)一有機(jī)雜化材料的飛秒激光誘導(dǎo)雙折射效應(yīng)的影響.研究發(fā)現(xiàn)增加樣品的厚度會(huì)加快光誘導(dǎo)

5、雙折射的上升速率,減慢光誘導(dǎo)雙折射的衰減速率;光誘導(dǎo)雙折射信號(hào)強(qiáng)度的飽和值T<,sat>隨樣品厚度的增加有明顯的增加,最終達(dá)到飽和值(80﹪);長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定信號(hào)強(qiáng)度T<,sat>受樣品厚度的影響很小.基于飛秒激光誘導(dǎo)雙折射效應(yīng),在偶氮染料摻雜無(wú)機(jī)一有機(jī)雜化材料中實(shí)現(xiàn)了光學(xué)存儲(chǔ),存儲(chǔ)的圖像可以保持幾星期. 獲得了酞菁鉛摻雜無(wú)機(jī)-有機(jī)雜化材料的飛秒激光誘導(dǎo)超快響應(yīng)的光Kerr效應(yīng).超快響應(yīng)時(shí)間約為200 fs,超快響應(yīng)過(guò)程控制整個(gè)光K

6、err效應(yīng)信號(hào)強(qiáng)度的衰減過(guò)程.通過(guò)光.Kerr效應(yīng)信號(hào)強(qiáng)度和泵浦光功率的關(guān)系研究,探明光:Kerr效應(yīng)來(lái)源于酞菁鉛的三階非線性光學(xué)效應(yīng);通過(guò)光Kerr效應(yīng)信號(hào)強(qiáng)度和泵浦光與偏振光的偏振方向夾角θ之間的關(guān)系研究表明,光Kerr效應(yīng)來(lái)源于飛秒激光誘導(dǎo)瞬態(tài)光柵引起的自衍射效應(yīng). 針對(duì)微光柵高衍射效率的要求,研究建立了飛秒激光誘導(dǎo)雜化材料體微光柵的新工藝.考察研究了利用飛秒激光雙光束干涉的方法制作激光染料P-Orange摻雜無(wú)機(jī)一有機(jī)雜

7、化材料的一維體微光柵,體微光柵的厚度超過(guò)450μm,一級(jí)Bragg衍射效率約為35﹪.在一維體微光柵的基礎(chǔ)上,采用四束飛秒激光干涉的方法研究制作偶氮染料(DRl和DY9)和酞菁鎳(NiPc)摻雜無(wú)機(jī)一有機(jī)雜化材料的四方晶格類型的二維體微光柵.在相同寫入激光條件下,DRl摻雜PMMA聚合物的二維體微光柵的條紋寬度比DY9摻雜無(wú)機(jī)一有機(jī)雜化材料的二維體微光柵的條紋寬度小.研究表明,在相同寫入條件下,沒(méi)有觀察到未摻染料無(wú)機(jī)一有機(jī)雜化材料的體微

8、光柵,可見(jiàn)飛秒激光誘導(dǎo)體微光柵的形成直接與摻雜染料相關(guān). 實(shí)現(xiàn)了偶氮染料摻雜無(wú)機(jī)一有機(jī)雜化材料的非共振全光極化.通過(guò)對(duì)二次諧波的測(cè)量,研究了非共振全光極化的寫入過(guò)程和衰減過(guò)程.研究表明偶氮染料摻雜無(wú)機(jī)一有機(jī)雜化材料的非共振全光極化主要來(lái)源于偶氮分子的光致異構(gòu).測(cè)得DRl摻雜雜化材料的二階非線性光學(xué)系數(shù)d<,33>,約為10<'-3>pm/V.在基頻光與倍頻光功率之比固定在750:1的前提下,隨基頻光功率的增加二次諧波信號(hào)強(qiáng)度的衰