有机光折变材料中二波耦合与耗散光孤子的实验观测

论文摘要

自从上世纪60年代激光出现以后,带来了一系列由于光学非线性效应所产生的光学现象。其中光学孤子就是其中的一个重要组成部分。光学孤子由于光束在材料中由于产生聚焦效应,并与衍射效应相平衡,使光束能够不发散的传播。其中一种很重要的光学孤子是光折变空间孤子,这种孤子是由于光折变效应而产生的,形成光折变效应后,产生折射率光栅,形成了聚焦效应,可以与衍射效应相平衡。由于光折变效应在很小的光功率下就可以产生,所以光折变空间孤子的应用价值很广。光折变空间孤子中有一种孤子叫做全息光孤子。通常我们将由于全息聚焦机制形成的空间孤子称为全息孤子。依据两个光束之间的能量转移是否是不对称的,我们将全息孤子分为哈密顿系统下的孤子（HHS ）和耗散系统下的全息孤子（DHS）。对于后者,我们把提供能量的光束称为泵浦光,得到能量转移的光束称为信号光。通过光折变双光束耦合过程,由较强的泵浦光与较弱的信号光作用,使能量从泵浦光向信号光转移,形成不对称的能量转移,信号光的能量增益可以抵消系统的吸收损耗,全息聚焦效应可以抵消衍射效应,这两种平衡同时产生时,就产生了耗散全息光孤子。目前关于光折变空间孤子的实验研究主要集中在无机晶体上,关于有机光折变材料中的空间孤子的报导更是少之又少。由于无机晶体价格昂贵,制备困难,而有机光折变材料具有优良的非线性光学性能和电光效应,而且价格低廉,合成过程简单,种类灵活多变,用有机材料代替无机材料是个很好的选择。本论文合成了一种二阶非线性分子咔唑衍生物3-甲酰基-9-乙烯基咔唑,它与光敏剂三硝基芴酮（TNF）以一定配比混合,得到了一种有效的有机光折变材料。这种材料只由两个组分组成,制备过程简单,为其应用奠定了基础。论文对制备的咔唑薄膜进行了相关的光折变效应实验研究。以He-Ne激光器为光源,我们搭建了双光束耦合实验平台,在不加电场条件下,观察到了明显的能量转移现象,验证了光折变效应的存在。同时测量得到了样品的二波耦合增益系数、衍射效率等参量。结合CCD图像采集技术与计算机软件处理技术,采用顶面观测法,对薄膜样品的全息聚焦效应进行了研究。结果表明,在无需外加电场的条件下,有机薄膜对632.8nm处光波具有全息聚焦效应。本论文还对该光折变薄膜进行了光孤子的实验研究,观测到了耗散全息光孤子。实验表明,在适当条件下,耗散全息光孤子可以存在于不加外电场的以3-甲酰基-9-乙烯基咔唑为基础的有机光折变材料中。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 光学孤子
• 1.3 光折变效应及其物理机制
• 1.4 光折变空间孤子简介
• 1.5 有机物光折变材料的产生机制
• 1.6 有机光折变空间孤子的研究进展
• 1.7 本论文研究的主要内容和成果
• 2 耗散全息空间光孤子的基本理论
• 2.1 光折变效应动力学方程
• 2.2 耗散全息空间光孤子的理论模型
• 2.3 本章小结
• 3 有机光折变样品的制备
• 3.1 PVK-偶氮苯双功能分子的合成
• 3.2 聚乙烯咔唑PVK-CdS有机无机纳米复合体系的制备
• 3.3 聚乙烯咔唑PVK-PbS有机无机纳米复合体系的制备
• 3.4 非线性生色团的制备
• 3.5 光敏剂三硝基芴酮（TNF）的合成
• 3.6 有机光折变薄膜的制备
• 3.7 有机物光折变材料的特点
• 3.8 有机物光折变材料存在的主要问题
• 3.9 本章小结
• 4 有机光折变薄膜的二波耦合测试
• 4.1 引言
• 4.2 二波耦合实验
• 4.3 结果与讨论
• 4.4 实验结果分析
• 4.5 本章小结
• 5 有机光折变薄膜中全息聚焦效应实验研究
• 5.1 引言
• 5.2 常用的空间孤子观测方法
• 5.3 实验装置与实验方法
• 5.4 实验结果及分析
• 5.5 全息聚焦效应的验证
• 5.6 本章小结
• 6 有机光折变薄膜中耗散全息光孤子的实验研究
• 6.1 引言
• 6.2 咔唑薄膜中耗散全息光孤子的实验观测
• 6.3 实验结果及分析
• 6.4 不同参数下的耗散全息光孤子
• 6.5 本章小结
• 7 结论与展望
• 7.1 总结
• 7.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录1 攻读博士学位期间发表论文目录