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热致非线性是最早被研究的光学非线性效应之一，在激光与物质的相互作用中，热效应由于介质的吸收常常不可避免。特别是自纳秒脉冲激光问世以来，瞬态热致非线性效应的研究又得到了人们极大的重视，与此同时，热致非线性在光限幅方面也有着广泛的应用前景。本文主要基于4f相位相干成像技术，在以往的Z-扫描方法基础之上，采用带有相位物体的Z-扫描技术来分析溶液中的瞬态热效应。
本论文介绍了传统Z-扫描方法，从热致非线性基本原理出发，在瞬态过程下采用有限差分的方法对光声方程和热传导方程进行数值求解，得到瞬态条件下的热致非线性折射率改变，讨论了热致折射率的负值自散焦现象。根据脉冲宽度、热致非线性的建立时间和热扩散时间之间的大小关系对热致非线性折射模型进行了划分，并且对瞬态热折射和准稳态近似做了比较。数值模拟了脉冲宽度、束腰半径，激光能量等物理参数对热致Z-扫描曲线的影响，分析了溶液中光克尔效应和瞬态热效应耦合下的竞争过程。
基于4f相位相干成像法，通过对传统Z-扫描的改进引入PO Z-扫描技术，从理论上给出了推导和数值模拟，并且采用PO Z-扫描方法分析了瞬态热效应，从而能够很容易区分样品的非线性产生机制，讨论了不同因素影响下的瞬态热致PO Z-扫描曲线的表现形式。利用该方法首次从实验上研究了一种新型金属簇合物[Tp*W(μ3-S)3Cu3Py3(μ3-Br)](PF6)/DMF溶液在8ns脉宽、不同能量激光脉冲作用下的光学非线性，分析了样品溶液中非线性折射的产生机理并对实验结果进行了理论拟合。研究结果表明，该溶液的非线性折射主要来源于瞬态热致非线性效应。