富勒烯溶液和掺铝氧化锌薄膜的光限幅效应研究

来源 :南京航空航天大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:ryu_sh
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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。
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