飛秒光克爾門選通超快測(cè)量及成像技術(shù)研究.pdf

1、基于光克爾效應(yīng)的飛秒時(shí)間選通超快測(cè)量技術(shù)，利用了超短激光脈沖在光克爾介質(zhì)內(nèi)部誘導(dǎo)的雙折射效應(yīng)，探測(cè)光經(jīng)過泵浦光照射區(qū)域后偏振態(tài)會(huì)發(fā)生變化，并有部分光可以透過位于光克爾介質(zhì)后面的檢偏器。通過控制泵浦光脈沖可以實(shí)現(xiàn)光克爾門的“開、關(guān)”，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)全光開關(guān)的目的。這種全光克爾門選通技術(shù)，具有時(shí)間分辨率高（可達(dá)亞皮秒量級(jí)）、信噪比高和無需相位匹配等優(yōu)點(diǎn)，目前已被廣泛應(yīng)用于材料三階非線性測(cè)量、超快熒光測(cè)量、時(shí)間選通彈道光成像等超快測(cè)量領(lǐng)域。然而在飛

2、秒時(shí)域光克爾測(cè)量中，探測(cè)光和泵浦光的相干作用會(huì)導(dǎo)致泵浦光向探測(cè)光方向的能量轉(zhuǎn)移，即自衍射效應(yīng)。自衍射效應(yīng)的產(chǎn)生不利于提高光克爾門的時(shí)間選通性能，因此需要對(duì)其在飛秒時(shí)間分辨光克爾門測(cè)量中的影響進(jìn)行有效調(diào)控。
　　本文主要研究了飛秒時(shí)域超快光克爾測(cè)量中自衍射效應(yīng)與光克爾效應(yīng)的競(jìng)爭(zhēng)機(jī)制，通過調(diào)制泵浦光的強(qiáng)度、偏振態(tài)等參數(shù)抑制自衍射效應(yīng)的干擾，以獲得具有高時(shí)間分辨率和高信噪比的超快光克爾門；使用飛秒時(shí)間分辨光克爾效應(yīng)測(cè)量技術(shù)，研究了有機(jī)-

3、無機(jī)復(fù)合材料、鉍酸鹽玻璃等非線性光學(xué)材料的三階非線性響應(yīng)及其在超快光克爾門選通測(cè)量中的應(yīng)用；提出了基于光克爾效應(yīng)的飛秒時(shí)間分辨白光超連續(xù)譜偏振成像技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)超短脈沖在透明介質(zhì)中傳播動(dòng)力學(xué)過程的超快成像。主要研究?jī)?nèi)容如下：
　　1.研究了飛秒時(shí)域光克爾測(cè)量中自衍射效應(yīng)與光克爾效應(yīng)的競(jìng)爭(zhēng)機(jī)制，提出了通過調(diào)控泵浦光偏振夾角和功率來抑制自衍射效應(yīng)的新方法。研究發(fā)現(xiàn)慢響應(yīng)材料二硫化碳（CS2）飛秒時(shí)間分辨光克爾信號(hào)中包含快、慢兩種響應(yīng)的

4、貢獻(xiàn)——它們分別來源于自衍射效應(yīng)和強(qiáng)光誘導(dǎo)雙折射效應(yīng)；對(duì)于超快響應(yīng)材料鉍酸鹽（BI）玻璃，通過研究光克爾信號(hào)在不同偏振夾角下的泵浦光強(qiáng)依賴特性，發(fā)現(xiàn)自衍射效應(yīng)的貢獻(xiàn)隨著偏振角度的增大而減小，隨著泵浦光功率的增加而增大；因此我們提出，通過降低泵浦光功率和增大偏振角度可以有效抑制自衍射效應(yīng)對(duì)光克爾測(cè)量的影響。
　　2.研究了雙色光克爾信號(hào)泵浦光強(qiáng)依賴特性的阻尼振蕩現(xiàn)象，通過實(shí)驗(yàn)和數(shù)值模擬研究了克爾信號(hào)阻尼振蕩現(xiàn)象的物理機(jī)制；泵浦光脈沖

5、在介質(zhì)中誘導(dǎo)出強(qiáng)度隨時(shí)間變化的雙折射效應(yīng)，探測(cè)光脈沖不同時(shí)刻光場(chǎng)所感應(yīng)到的非線性折射率的非均勻變化，導(dǎo)致光克爾信號(hào)脈沖的時(shí)間特性隨泵浦光強(qiáng)而改變，并使脈沖能量逐漸減小。研究了雙色光克爾測(cè)量中泵浦光和探測(cè)光脈沖在介質(zhì)中的走離效應(yīng)和自聚焦效應(yīng)對(duì)光克爾測(cè)量時(shí)間分辨率和精度的影響。
　　3.使用飛秒時(shí)間分辨泵浦探測(cè)光克爾效應(yīng)測(cè)量技術(shù)，研究了有機(jī)-無機(jī)復(fù)合材料、無機(jī)鉍酸鹽玻璃等光學(xué)材料的三階非線性響應(yīng)，實(shí)現(xiàn)了時(shí)間分辨率優(yōu)于85 fs的超快光

6、克爾門。探索了基于超快響應(yīng)介質(zhì)的光克爾門在白光超連續(xù)譜測(cè)量中的應(yīng)用；通過與標(biāo)準(zhǔn)樣品CS2比較，發(fā)現(xiàn)使用超快響應(yīng)的鈦酸鍶晶體作為光克爾介質(zhì)從白光超連續(xù)譜中獲取的門譜具有帶寬窄、對(duì)稱性好等優(yōu)點(diǎn)。
　　4.提出了基于光克爾效應(yīng)的飛秒時(shí)間分辨白光超連續(xù)譜單脈沖偏振成像技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)超短脈沖在透明介質(zhì)中傳播動(dòng)力學(xué)過程的超快成像。偏振成像技術(shù)利用了強(qiáng)光脈沖在介質(zhì)中誘導(dǎo)的瞬態(tài)折射率變化，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)泵浦光脈沖能量分布的成像；利用基于白光啁啾超連續(xù)