论文部分内容阅读
非线性光学现象是光与物质相互作用的体现，利用各种手段来获取介质的非线性光学信息已成为一个非常重要的学科研究范畴。Z-扫描技术是表征材料光学非线性的一种重要而灵敏的方法，由于其设置简单，可以同时测量非线性折射系数和非线性吸收系数的大小和符号，所以受到广泛应用。本论文工作主要集中在两个方面:一是对准一维狭缝(QODS)光束Z-扫描技术进行的详细描述，特别是该技术对比其他的传统Z-扫描技术的基本特征和优点。另一方面是利用变分法分析了拉盖尔-高斯光束在三阶和三-五阶共存的非线性光学介质中的传输特性，求出了拉盖尔-高斯光束在经过非线性介质后在远场的光场分布，得出Z-扫描曲线的解析表达式。主要研究内容如下: 1.具体研究了从理论上研究了各种不均匀性（包括样品的空洞缺陷、非线性的不均匀分布及样品表面厚度的起伏等）对QODS光束Z-扫描表征技术测量结果造成的影响。研究表明，对比传统的Z-扫描表征技术（如帽顶光束和高斯光束Z-扫描技术），QODS光束Z-扫描表征技术能有效的抑制各种不均匀引起的测量信号波动。同时，考虑到狭缝的实际有效长度，我们给出了确定薄样品光学非线性折射系数的经验表达式，证明了当狭缝的长宽比超过5时，QODS光束Z-扫描可以被看成一维狭缝光束Z-扫描。 2.从理论上推导了QODS光束Z-扫描表征技术的解析表达式，利用Pade近似法对QODS光束Z-扫描曲线的分析做了简化，得出解析表达式。在误差范围内，该解析表达式同数值分析结果吻合得很好。对于输入光场的波面有波动的情况，也对Z-扫描的曲线做了计算分析，发现波面有波动的输入光场对帽项光束、QODS光束和高斯光束Z-扫描曲线均有一定的影响。帽顶光束Z-扫描受到的影响最小，而高斯光束Z-扫描受到的影响最大。 3.通过变分法研究了拉盖尔-高斯光束在克尔介质中的传输特性、以及经过介质后在远场的光场分布。对高阶拉盖尔-高斯光束Z-扫描的曲线特征进行了讨论，发现在角模m=0时，归一化透过率的峰谷差随着径向模数的增加而减少。对于角模m≠0的情况，归一化透过率的峰谷差随着径向模数的增加而增加。对于给定的径向模，归一化透过率的峰谷差会随着角模数的增加迅速变大。 4.通过变分法详细地分析了拉盖尔-高斯光束在三-五阶非线性介质中的传输特性、以及在经过介质后在远场的光场分布，得到了远场在轴归一化透过率与光束特征的关系式。详细描述了拉盖尔-高斯光束Z-扫描特性，同时对Z-扫描曲线随输入功率、介质厚度的变化特性也做了详细的讨论和分析。