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域都有著廣泛的應用。由于有機材料可在分子尺度內(nèi)進行裁剪、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系數(shù)大、弛豫響應時間短、量子產(chǎn)率高、光損傷閾值高等諸多優(yōu)點,已經(jīng)成為人們尋找具有雙光子吸收材料的首選。目前針對有機雙光子材料的研究大都集中在具有共軛化學鍵的有機分子

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材料。本論文首先對測量雙光子吸收的實驗裝置進行了仿真,在此基礎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)果對擴展可調(diào)諧激光染料的應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驗中選擇合適的參數(shù),本論文首先對Z掃描系統(tǒng)進行了仿真研究。分析總結(jié)了Z掃描實驗遵循的物理規(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掃描實驗數(shù)據(jù)將有很大誤差。因此,在入射光強一定的條件下,光闌半徑不應太大以保證Z掃描滿足薄樣品近似條件。
　　(2)在Z掃描實驗中,如果光闌半徑太小,待測材料的掃描范圍太小,得不到完整的實驗曲線。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,在驗證實驗系統(tǒng)可靠性的基礎上，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掃描實驗結(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