800nm類氟化鈣晶體非線性光學(xué)性質(zhì)的研究.pdf

1、從激光誕生開(kāi)始，在過(guò)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(wú)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(kāi)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(guò)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(méi)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(méi)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(guò)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