随着激光器的发展，新型非线性光学材料的合成，人们的研究方向不再拘泥于简单的线性光学，而更多的是非线性光学。双光子技术，特别是双光子吸收在近几十年科技发展中有了很广泛的应用。在瞬态荧光与频率上转换激射、光限幅、双光子荧光显微成像、三维光信息存储方面和工业方面的研究与应用有了很大的进展。 我们对于新型有机材料的固体块和DMF溶液样品的线性、非线性光学特性进行了实验测试。旨在为上转换染料激光器增益介质的选择提供参考。与普通的染料激光器相比较，其重要不同点在于普通染料激光器为频率下转换激光器，转换效率较高、其荧光很强。因荧光没有方向性，故在与泵浦光垂直方向加外腔调谐即可增益放大产生激光。我们的目的是要将实验样品有机染料产生的方向性较好的放大自发辐射光，通过在自发辐射光传输方向上由两个二向色镜形成的腔增益作用，形成振荡出激光。 当采用频率较低的激光泵浦样品时，辐射出频率较高的荧光，这就是频率上转换，简称上转换发光。上转换发光产生一般四个过程：(1)激发态吸收(ESA)；(2)能量转移；(3)合作上转换；(4)光子雪崩上转换。 实验所用样品是一系列新型多光子上转换有机染料。它们为具有D-π-A型的，有大双光子吸收截面，强双光子荧光和上转换能力。利用紫外光谱仪测量这一系列染料DMF溶液的线性吸收谱，发现600nm以外波段没有线性吸收带，由此范围以外波长激光泵浦产生的吸收、荧光、或其它发光现象为多光子现象。 实验利用开孔z扫描实验方法测量了染料溶液的非线性吸收系数，并通过公式β=σ2N0=hvσ2NAd0×10-3计算得到吸收截面σ2。实验采用纳秒量级频率可调谐参量放大激光器(OPO)作为泵谱光源。我们选择450nm作为单光子、930nm作为双光子、1300nm作为三光子荧光的泵浦光，分别测量染料溶液和固体块样品的这个波段的荧光谱。利用不同的泵浦光激发，每种样品所得到的单、双和三光子荧光光谱峰值位置大致相同。其固体块样品的单、双、三光子上转换荧光相对于液体样品谱线峰值细锐，且有明显的蓝移，这一现象可以利用扭曲的分子内电荷转移(TICT)理论模式解释。 提高液体样品的浓度，经过透镜聚焦增加泵浦光功率密度，可以很容易观察到样品产生的橙红色的放大自发辐射光，固体样品在适当的光强作用下也可以观察到ASE现象。这是一种类激光现象，简称ASE。通过实验验证ASE相对于荧光具如下特点：(1)上转换效率很高，净上转换效率高可达20％；(2)方向性好，沿入射泵浦光方向，以比色皿内泵浦光焦点为中心正反两向；(3)单色性好，测量的ASE谱半高宽为荧光的1/10左右；(4)发射脉宽窄，小于1ns。通过对于1＃、5＃样品ASE光上转换效率的测量我们发现，相同样品在相同波长作用不同泵浦光能量的上转换效率相同。通过对不同波长上转换效率的测量，可知两种样品在975nm光泵浦时的上转换效率最高，最高的净转换效率可达到20％。 通过对1＃、5＃、32＃和35＃四种具有相同发光基团的有机染料上转换特性的比较，得到结论原基团加入稀土离子，产生放大自发辐射的阈值降低，吸收截面变大导致输出光与输入光比值的增加，但是对净上转换效率没有影响。由于稀土离子本身有发光特性，含有稀土离子的样品荧光谱带更宽，故这类染料在可调谐激光器方面的实用性较好。 采用脉宽100ps的激光器泵浦，产生ASE的阈值很低，在不加透镜聚焦的情况下就可以观察到ASE。 我们的实验证明这些材料对于制作上转换染料激光器有非常好的发展前景。我们目前正在计划尝试几种实验思路。通过外加光学器件，改变上转换ASE的出光质量。主要手段有以下几种：1.在将实验样品置于由反镜组成的平行外腔，通过调节腔镜产生发散角小、强度高、单色性好的激射光；2.将溶于HEMA的有机溶液注入空心光纤中，使光纤内介质作为增益介质，以产生激射光；3.将上转换材料作为波导的传输层，将漏损波导产生的光置于腔内；4.微腔的上转换发光。这些技术可望将我们测试样品转为实际应用。