典型激光染料雙光子吸收特性研究.pdf

1、雙光子吸收是指物質(zhì)原子或分子在強(qiáng)場作用下同時吸收兩個光子直接躍遷至激發(fā)態(tài)的非線性過程。雙光子吸收在頻率上轉(zhuǎn)換激光、三維光存儲、光限幅、雙光子熒光顯微成像等諸多領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用。由于有機(jī)材料可在分子尺度內(nèi)進(jìn)行裁剪、拼合以量身定做出符合人們需要的分子結(jié)構(gòu),同時又具有非線性光學(xué)系數(shù)大、弛豫響應(yīng)時間短、量子產(chǎn)率高、光損傷閾值高等諸多優(yōu)點(diǎn),已經(jīng)成為人們尋找具有雙光子吸收材料的首選。目前針對有機(jī)雙光子材料的研究大都集中在具有共軛化學(xué)鍵的有機(jī)分子

2、上。激光染料由于具有共軛雙鍵結(jié)構(gòu),是一類具有大雙光子吸收截面的有機(jī)材料。本論文首先對測量雙光子吸收的實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行了仿真,在此基礎(chǔ)上通過研究不同基質(zhì)激光染料的雙光子吸收特性來探討溶劑環(huán)境對該類材料雙光子吸收特性的影響。本論文的研究結(jié)果對擴(kuò)展可調(diào)諧激光染料的應(yīng)用范圍具有參考意義。
　　為了能夠在測量雙光子吸收截面的實(shí)驗(yàn)中選擇合適的參數(shù),本論文首先對Z掃描系統(tǒng)進(jìn)行了仿真研究。分析總結(jié)了Z掃描實(shí)驗(yàn)遵循的物理規(guī)律:
　　(1)在不滿足

3、薄樣品近似條件時,描述Z掃描的歸一化透過率級數(shù)不再收斂,并且歸一化透過率級數(shù)的階數(shù)取值分別為偶數(shù)或奇數(shù)時,發(fā)散趨勢不同。采用級數(shù)擬合Z掃描實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)將有很大誤差。因此,在入射光強(qiáng)一定的條件下,光闌半徑不應(yīng)太大以保證Z掃描滿足薄樣品近似條件。
　　(2)在Z掃描實(shí)驗(yàn)中,如果光闌半徑太小,待測材料的掃描范圍太小,得不到完整的實(shí)驗(yàn)曲線。如果光闌尺寸無法改變且掃描范圍受限,可通過調(diào)節(jié)透鏡焦距獲得完整曲線。應(yīng)該充分考慮測試系統(tǒng)入射激光參數(shù)、材

4、料掃描范圍及透鏡焦距等因素來最終確定光闌半徑尺寸大小。
　　本論文結(jié)合熒光光譜和開口Z掃描技術(shù),在驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)可靠性的基礎(chǔ)上，研究了固體基質(zhì)和液體基質(zhì)中兩種典型激光染料(DCM和若丹明6G)的雙光子吸收特性。研究結(jié)果表明:
　　(1)相對于乙醇溶液,固體PMMA基質(zhì)中DCM染料熒光譜中心波長存在藍(lán)移,這說明固體PMMA基質(zhì)中DCM染料分子第一激發(fā)態(tài)的最低振轉(zhuǎn)能級高于液體基質(zhì)DCM染料分子第一激發(fā)態(tài)的最低振轉(zhuǎn)能級。對于雙光子吸

5、收(800nm處)而言,固體基質(zhì)中DCM染料分子能級失諧更小,因而具有更高的雙光子吸收效率。Z掃描實(shí)驗(yàn)結(jié)果也證明PMMA基質(zhì)中DCM和染料的雙光子吸收截面比乙醇中DCM染料的雙光子吸收截面大。
　　(2)和DCM類似,固體PMMA基質(zhì)中若丹明6G染料熒光譜中心波長也存在藍(lán)移,這說明固體PMMA基質(zhì)中若丹明6G染料分子第一激發(fā)態(tài)的最低振轉(zhuǎn)能級高于液體基質(zhì)若丹明6G染料分子第一激發(fā)態(tài)的最低振轉(zhuǎn)能級。對于800nm的雙光子吸收而言,固體