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1、從激光誕生開始,在過去的幾十年間,氟化鈣(CaF2)晶體作為激光介質(zhì)得到了十分廣泛的研究和應(yīng)用。氟化鈣具有寬透射范圍,低折射率和非線性系數(shù),可大尺寸生長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn),是最早的由人工合成的實(shí)用激光晶體,能夠作為光學(xué)儀器窗口材料、光學(xué)鏡頭和激光增益介質(zhì)等。隨著激光技術(shù)的發(fā)展,特別是超快激光、準(zhǔn)分子激光等新技術(shù)的出現(xiàn),CaF2這類“老”的激光晶體,面臨了新的挑戰(zhàn)。對(duì)傳統(tǒng)激光晶體進(jìn)行稀有元素離子摻雜,是獲得新型激光晶體的有效方式。然而,對(duì)于如Nd:
2、CaF2之類的氟化物晶體,所摻雜的Nd3+離子會(huì)產(chǎn)生聚集,而導(dǎo)致熒光猝滅效應(yīng)顯著,這無疑會(huì)嚴(yán)重影響激光晶體的光學(xué)性質(zhì)??茖W(xué)家發(fā)現(xiàn),對(duì)Nd: CaF2晶體進(jìn)行Y3+離子的共摻雜,能夠調(diào)節(jié)Nd3+離子的局域配位結(jié)構(gòu),從而抑制熒光猝滅效應(yīng),被認(rèn)為是一種有效的改進(jìn)措施。到目前為止,多類型的共摻雜晶體已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了不同性能的激光運(yùn)轉(zhuǎn),然而針對(duì)這類材料非線性光學(xué)性質(zhì)的研究,特別是三階非線性光學(xué)性質(zhì)的研究并有系統(tǒng)全面的開展。立足以上認(rèn)識(shí),本論文用800
3、nm波長(zhǎng),100 fs脈寬,1 kHz重復(fù)頻率,3 dB譜寬15 nm的光源,通過Z掃描(Z-scan)測(cè)量技術(shù),對(duì)多種Nd、Y共摻雜型CaF2晶體和SrF2晶體進(jìn)行了三階非線性光學(xué)性質(zhì)的研究,分析了測(cè)量數(shù)據(jù),并就實(shí)驗(yàn)結(jié)果從理論層面給出了一定程度的解釋。主要研究成果如下:
基于Coherent Libra Ti: sapphire Amplifier System(中心波長(zhǎng)為800 nm,脈寬為100 fs,3 dB譜寬為15
4、 nm,重復(fù)率為1 kHz),結(jié)合Newport公司ILS型電動(dòng)平移臺(tái)和Newport公司 OD3 IR型激光能量探頭以及2936型功率計(jì),利用由LabVIEW與MATLAB混合編寫的電動(dòng)平移臺(tái)移動(dòng)控制和數(shù)據(jù)同步采集程序,成功搭建了Z-scan測(cè)量平臺(tái)。
測(cè)量了標(biāo)準(zhǔn)樣品二硫化碳(CS2)的三階非線性光學(xué)性質(zhì),得到了它在我們實(shí)驗(yàn)環(huán)境下的三階非線性折射率,為2.9×10-19 m2/W,與已有的文獻(xiàn)報(bào)導(dǎo)值相符合,并沒有觀察到明顯的
5、非線性吸收效應(yīng)。以上現(xiàn)象證明了我們所搭建的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)是穩(wěn)定可靠的。這同時(shí)也是對(duì)Z-scan測(cè)量技術(shù)理論的一項(xiàng)學(xué)習(xí)和驗(yàn)證。
測(cè)量了具有不同 Nd、Y元素共摻雜濃度的CaF2晶體和SrF2晶體的非線性光學(xué)性質(zhì),觀察到了明顯的自聚焦效應(yīng),得到了三階非線性折射率,計(jì)算了它們的具體數(shù)值,沒有發(fā)現(xiàn)明顯的非線性吸收效應(yīng)。同時(shí)對(duì)作為參考樣品的純 CaF2晶體也進(jìn)行了三階非線性折射率的測(cè)量。通過對(duì)比和分析,我們發(fā)現(xiàn),本論文中所采用的共摻雜方式對(duì)C
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