飛秒激光誘導無機-有機雜化光子學微結(jié)構(gòu)與非線性光學材料的研究.pdf

1、飛秒激光具有極高的峰值功率及很短的脈沖持續(xù)時間,用它對材料進行微結(jié)構(gòu)修飾是當今材料和信息科學研究的一個新領(lǐng)域.無機一有機雜化材料集無機、有機性質(zhì)于一體,不僅兼有無機、有機材料兩者的性能優(yōu)勢,并能夠?qū)崿F(xiàn)功能互補和協(xié)同優(yōu)化,在光電應用中顯示出了巨大的發(fā)展?jié)摿?如何利用飛秒激光來誘導和調(diào)控無機一有機雜化材料的微結(jié)構(gòu),以獲得光子學新材料,已經(jīng)成為了材料科學、物理和信息等領(lǐng)域廣泛關(guān)注和研究的熱點課題. 本論文對飛秒激光誘導無機一有機雜化光

2、子學微結(jié)構(gòu)與非線性光學材料進行了比較詳細的研究.研究的主要內(nèi)容包括偶氮染料摻雜雜化材料的飛秒激光誘導雙折射性能、酞菁染料摻雜無機一有機雜化材料的飛秒激光誘導光Kerr效應、有機染料摻雜材料的飛秒激光誘導體微光柵以及偶氮染料摻雜無機一有機雜化材料的非共振全光極化等研究. 實現(xiàn)了偶氮染料摻雜無機一有機雜化材料和聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)聚合物的飛秒激光誘導雙折射效應,兩種材料的光誘導透過率分別為92﹪(折射率改變值為5.2×10<

3、'-5>)和21﹪(折射率改變值為1.6×10<'-4>).通過對光誘導雙折射效應信號的測量,考察了光誘導雙折射效應的寫入過程和衰減過程.研究表明偶氮染料摻雜PMMA聚合物的光誘導雙折射效應主要來源于偶氮分子的重新取向,而偶氮染料摻雜無機一有機雜化材料的光誘導雙折射效應主要來源于偶氮分子的光致異構(gòu). 研究了飛秒激光寫入?yún)?shù)對偶氮染料摻雜PMMA聚合物的光誘導雙折射效應的影響.研究發(fā)現(xiàn)偶氮染料摻雜PMMA聚合物在下列三種寫入情況下

4、,飛秒激光誘導雙折射的上升速率和信號強度的飽和值由寫入光的峰值功率控制:激光重復率、脈沖寬度固定,而改變激光功率;激光功率、脈沖寬度固定,而改變激光重復率;激光功率、重復率固定,而改變激光脈沖寬度.但是,當激光脈沖寬度、脈沖能量固定,而改變寫入激光重復率,飛秒激光誘導雙折射的上升速率和信號強度的飽和值則由寫入光的平均功率控制.考察了樣品厚度對偶氮染料摻雜無機一有機雜化材料的飛秒激光誘導雙折射效應的影響.研究發(fā)現(xiàn)增加樣品的厚度會加快光誘導

5、雙折射的上升速率,減慢光誘導雙折射的衰減速率;光誘導雙折射信號強度的飽和值T<,sat>隨樣品厚度的增加有明顯的增加,最終達到飽和值(80﹪);長時間穩(wěn)定信號強度T<,sat>受樣品厚度的影響很小.基于飛秒激光誘導雙折射效應,在偶氮染料摻雜無機一有機雜化材料中實現(xiàn)了光學存儲,存儲的圖像可以保持幾星期. 獲得了酞菁鉛摻雜無機-有機雜化材料的飛秒激光誘導超快響應的光Kerr效應.超快響應時間約為200 fs,超快響應過程控制整個光K

6、err效應信號強度的衰減過程.通過光.Kerr效應信號強度和泵浦光功率的關(guān)系研究,探明光:Kerr效應來源于酞菁鉛的三階非線性光學效應;通過光Kerr效應信號強度和泵浦光與偏振光的偏振方向夾角θ之間的關(guān)系研究表明,光Kerr效應來源于飛秒激光誘導瞬態(tài)光柵引起的自衍射效應. 針對微光柵高衍射效率的要求,研究建立了飛秒激光誘導雜化材料體微光柵的新工藝.考察研究了利用飛秒激光雙光束干涉的方法制作激光染料P-Orange摻雜無機一有機雜

7、化材料的一維體微光柵,體微光柵的厚度超過450μm,一級Bragg衍射效率約為35﹪.在一維體微光柵的基礎(chǔ)上,采用四束飛秒激光干涉的方法研究制作偶氮染料(DRl和DY9)和酞菁鎳(NiPc)摻雜無機一有機雜化材料的四方晶格類型的二維體微光柵.在相同寫入激光條件下,DRl摻雜PMMA聚合物的二維體微光柵的條紋寬度比DY9摻雜無機一有機雜化材料的二維體微光柵的條紋寬度小.研究表明,在相同寫入條件下,沒有觀察到未摻染料無機一有機雜化材料的體微

8、光柵,可見飛秒激光誘導體微光柵的形成直接與摻雜染料相關(guān). 實現(xiàn)了偶氮染料摻雜無機一有機雜化材料的非共振全光極化.通過對二次諧波的測量,研究了非共振全光極化的寫入過程和衰減過程.研究表明偶氮染料摻雜無機一有機雜化材料的非共振全光極化主要來源于偶氮分子的光致異構(gòu).測得DRl摻雜雜化材料的二階非線性光學系數(shù)d<,33>,約為10<'-3>pm/V.在基頻光與倍頻光功率之比固定在750:1的前提下,隨基頻光功率的增加二次諧波信號強度的衰