【摘要】：隨著高功率激光器的迅速發(fā)展,各國越來越重視激光防護技術的研究,探索經(jīng)濟實用的激光防護材料。當前,基于非線性光學原理的激光防護技術及光限幅材料,在可見光波段的研究已經(jīng)比較成熟,但是在近紅外波段實現(xiàn)激光防護的光限幅材料研究較少。研究表明,富勒烯(C_(60)和C_(70))和摻鋁氧化鋅(Aluminum-doped zinc oxide,AZO)在可見光波長具有較強的非線性光學效應,但在近紅外光波段的非線性光學效應尚待研究。本文針對波長1064nm高功率脈沖激光的防護技術,研究富勒烯溶液和AZO薄膜的光限幅效應。以不同濃度(0.25和1mmol/L)和厚度(5和10mm)的富勒烯溶液(C_(60)甲苯、C_(60)二甲苯、C_(70)甲苯和C_(70)二甲苯)為樣品,測量了不同入射光強下的透射率,分析了濃度、厚度、溶質(zhì)、溶劑對富勒烯溶液光限幅效應的影響。以AZO薄膜為樣品,在不同脈沖寬度(26、62和101ns)和能量密度(5.3、10.6和15.9J/cm~2)的激光下,分別開展了開孔和閉孔Z掃描測量實驗,計算了非線性吸收系數(shù)和非線性折射率系數(shù),分析了脈沖寬度和能量密度對非線性光學效應的影響,與其他幾種具有非線性光學效應的薄膜對比。研究結果表明,在1064nm的納秒脈沖激光下,當入射光功率密度低于20MW/cm~2時,富勒烯溶液樣品的透射率穩(wěn)定在0.8以上。當入射光功率密度高于20MW/cm~2時,富勒烯溶液溶質(zhì)與溶劑一定,濃度越高、厚度越大,透射率總體上更低,光限幅效應越強;富勒烯溶液濃度與厚度一定,C_(70)的透射率總體上低于C_(60)的透射率,光限幅效應更強;甲苯和二甲苯溶劑樣品的透射率差別不大,溶劑對光限幅效應幾乎沒有影響。AZO薄膜的非線性吸收系數(shù)平均值為3.68×10~(-9)m/W,非線性吸收效應主要表現(xiàn)為反飽和吸收;非線性折射率系數(shù)平均值為-6.34×10~(-13)m~2/W,非線性折射效應主要表現(xiàn)為自散焦。入射激光的脈沖寬度和能量密度對AZO薄膜的非線性吸收系數(shù)和非線性折射率系數(shù)幾乎沒有影響。與其他幾種具有非線性光學效應的薄膜相比,AZO的非線性光學系數(shù)的數(shù)量級更大,有望成為光限幅材料。
【學位授予單位】：南京航空航天大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TN24;TB383.2
【圖文】：

1.1 基于非線性光學原理的激光防護系統(tǒng)輸入-輸出性激光防護系統(tǒng)，滿足以下主要性能指標[7]：：對于各種型號的激光武器，發(fā)射的激光無論是可見護作用。高：在自然光線的照射下，具有足夠大的線性透射率證光電傳感器能夠正常地接收和發(fā)送信號。低：在強激光的照射下，能夠有效衰減激光能量，輸光損傷閾值，保證人和設備的安全。大：在足夠高功率的激光入射下，防護系統(tǒng)器件自身：對脈沖寬度極短、重復頻率極高的激光束，能夠及定：能夠在復雜的外界環(huán)境下，保持相對穩(wěn)定的物理及其研究進展于非線性原理的激光防護技術的主要載體，是發(fā)揮激

(3)2 20 03= ( )Ic n (2-9)(3)2 20 06= ( )Ic n (2-10)2.2 基于非線性光學的光限幅類型基于非線性光學原理的光限幅，一般可分為非線性吸收型、非線性折射型、非線性散射型和非線性反射型等。2.2.1 非線性吸收型激光與介質(zhì)相互作用時，介質(zhì)的吸收系數(shù) α 是光強 I 的函數(shù)。如果 α 與 I 成正相關，則稱之為飽和吸收，關系曲線如圖 2.1(a)所示；如果 α 與 I 成負相關，則稱之為反飽和吸收，關系曲線如圖 2.1(b)所示。對于反飽和吸收，在低光強下，α 較小且變化不大，介質(zhì)的透射率較高且近似線性；在高光強下，α 隨 I 的增加而增大，介質(zhì)的透射率下降。因此，基于反飽和吸收原理可實現(xiàn)介質(zhì)的光限幅。

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