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双光子吸收有机材料在三维光存储、光学微加工、双光子荧光显微术、上转换以及光动力学医疗等领域中具有诱人的应用前景，引起了国内外研究者的高度重视。随着激光技术的发展，双光子吸收截面的测量方法也逐渐发展起来，但目前的测试结果还存在很大误差。因此，开展对有机材料双光子性能表征技术的研究具有重要的意义。
本文围绕有机材料的双光子性能表征实验，从提高有机材料双光子吸收截面的测量精度出发，针对高分子薄膜的双光子性能表征中存在的灵敏度低、测试易受干扰的问题，通过选择高功率表征工作点及测试方法，测量高分子薄膜的量值，并对实验结果作了初步分析。主要研究内容如下：
1.从半经典理论出发，采用单电子模型和偶极子近似，利用初等量子力学二级含时微扰方法，推导了双光子吸收速率与激发光的强度平方成正比的关系，在哈密顿近似下给出了有机染料双光子吸收截面的表达形式及量级。
2.对双光子诱导透射率法实验条件进行了研究，数值仿真模拟了激发光源的光强、溶液浓度、被测样品的双光子吸收系数以及被测样品的有效厚度对双光子诱导透射率法测量结果的作用，确立了表征实验方案设计的工作点选取范围和依据。
3.完成了表征实验的锁模脉冲皮秒激光器的研究。设计出了腔长为3m的Z型折叠腔并对谐振腔的稳定性进行了分析。利用半导体可饱和吸收镜锁模，在连续锁模条件下实现了重复频率为50MHZ、平均功率2W、脉冲宽度约20ps的稳定的脉冲种子输出，为材料表征工作提供了稳定的激发光源。
4.基于双光子诱导透射率法，选择高功率密度激发工作点，对罗丹明6G的双光子吸收截面进行了测量，验证了表征实验方案的可行性。
5.建立了固体薄膜双光子吸收性能的表征模型，并给出了理论计算公式。通过选择皮秒高激发工作点，采用非线性透过率法对多个等同膜进行测量，首次得到了偶氮类高分子薄膜的双光子吸收截面数据。