基于特殊高斯光束表征三阶光学非线性测量灵敏度的研究-光学专业论文.docx

万方数据 万方数据 Classified Index: O437.5 U.D.C: 535 Dissertation for the Master Degree in Science RESEARCH OF THIRD OPTICAL NONLINEARITY MEASURING SENSITIVITY BASED ON SPECIAL GAUSSIAN BEAM Candidate： Gao Yankun Supervisor： Prof. Song Yinglin Academic Degree Applied for： Master of Science Speciality： Optics Affiliation： Department of Physics Date of Defence： June 30, 2014 Degree-Conferring-Institution： Harbin Institute of Technology 摘 摘 要 摘 要 激光器的发明使得光与物质相互作用有了进一步的研究，促进了非线性光 学的发展。非线性材料的研究是非线性光学的一个重要方面。其中研究材料的 三阶非线性折射是非常重要的。为了测量材料的三阶非线性，最常用方法的是 Z 扫描技术。为了有效的测量材料的弱三阶非线性效应，需要提高测量的灵敏 度，其中不断改进测量的入射光源是一种方法。本论文主要研究利用特殊高斯 光束提高测量系统的灵敏度。 研究了不同阶数的拉盖尔高斯光束对光学非线性的表征以及对测量系统灵 敏度的影响。首先探讨了不同径向与角向阶数的拉盖尔高斯光束的光斑面积分 布。紧接着分析了不同阶数的拉盖尔高斯光束在焦平面附近光强的横向分布。 基于 Z 扫描测量系统，通过数值模拟描述了不同阶数拉盖尔高斯光束对系统灵 敏度的影响以及相位物体对非线性测量的调制作用。最后分析了低阶拉盖尔高 斯光束表征三阶光学非线性折射系数测量曲线的解析解，与数值解相比更能体 现其测量灵敏度的提高也更有实用意义。 研究空心高斯光束在 Z 扫描系统中对三阶非线性测量灵敏度的影响。空心 高斯光束由于与其他光束不同的光斑分布，在 Z 扫描测量系统中有不同的非线 性测量灵敏度。介绍了空心高斯光束的光斑面积分布，光强分布变化，然后对 不同阶数的空心高斯光束表征非线性测量曲线进行了模拟，最后给出了 n = 1 时的空心高斯光束表征三阶光学非线性的解析解，并且对比了与高斯光束和拉 盖尔高斯光束的不同。 模拟研究贝塞尔高斯光束对于三阶非线性测量灵敏度的影响。零阶的贝塞 尔高斯光束与高阶的贝塞尔高斯光束的光斑分布有明显不同。不同阶数的贝塞 尔高斯光束通过透镜后的光斑分布变化不同，模拟了其对 Z 扫描测量系统中测 量灵敏度。通过对不同阶数的贝塞尔高斯光束的非线性吸收和非线性折射曲线 进行分析，得出相对好的非线性测量灵敏度的结果。 关键词：特殊高斯光束；光束传播；三阶折射系数；灵敏度；解析解 - I- Ab Abstract Abstract Since the invention of laser, the interactions between light and matter have been further developed, thus advanced nonlinear optical developmeat. There is no doubt that the investigation of nonlinear materials is an important aspect of nonlinear optics. Meanwhile, it is of great significance to research third-order nonlinear refraction of the materials. In general, Z-scan technique is the most common method to characterize the third-order nonlinear refraction of the materials. However, it is needed in increasingly improving the measuring sensitivity to attain the small third-order nonlinear coefficients of nonlinear materials. To this end, vari