飛秒光克爾門選通超快測量及成像技術(shù)研究.pdf

1、基于光克爾效應的飛秒時間選通超快測量技術(shù)，利用了超短激光脈沖在光克爾介質(zhì)內(nèi)部誘導的雙折射效應，探測光經(jīng)過泵浦光照射區(qū)域后偏振態(tài)會發(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現(xiàn)光克爾門的“開、關(guān)”，進而實現(xiàn)全光開關(guān)的目的。這種全光克爾門選通技術(shù)，具有時間分辨率高（可達亞皮秒量級）、信噪比高和無需相位匹配等優(yōu)點，目前已被廣泛應用于材料三階非線性測量、超快熒光測量、時間選通彈道光成像等超快測量領(lǐng)域。然而在飛

2、秒時域光克爾測量中，探測光和泵浦光的相干作用會導致泵浦光向探測光方向的能量轉(zhuǎn)移，即自衍射效應。自衍射效應的產(chǎn)生不利于提高光克爾門的時間選通性能，因此需要對其在飛秒時間分辨光克爾門測量中的影響進行有效調(diào)控。
　　本文主要研究了飛秒時域超快光克爾測量中自衍射效應與光克爾效應的競爭機制，通過調(diào)制泵浦光的強度、偏振態(tài)等參數(shù)抑制自衍射效應的干擾，以獲得具有高時間分辨率和高信噪比的超快光克爾門；使用飛秒時間分辨光克爾效應測量技術(shù)，研究了有機-

3、無機復合材料、鉍酸鹽玻璃等非線性光學材料的三階非線性響應及其在超快光克爾門選通測量中的應用；提出了基于光克爾效應的飛秒時間分辨白光超連續(xù)譜偏振成像技術(shù)，實現(xiàn)了對超短脈沖在透明介質(zhì)中傳播動力學過程的超快成像。主要研究內(nèi)容如下：
　　1.研究了飛秒時域光克爾測量中自衍射效應與光克爾效應的競爭機制，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的新方法。研究發(fā)現(xiàn)慢響應材料二硫化碳（CS2）飛秒時間分辨光克爾信號中包含快、慢兩種響應的

4、貢獻——它們分別來源于自衍射效應和強光誘導雙折射效應；對于超快響應材料鉍酸鹽（BI）玻璃，通過研究光克爾信號在不同偏振夾角下的泵浦光強依賴特性，發(fā)現(xiàn)自衍射效應的貢獻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對光克爾測量的影響。
　　2.研究了雙色光克爾信號泵浦光強依賴特性的阻尼振蕩現(xiàn)象，通過實驗和數(shù)值模擬研究了克爾信號阻尼振蕩現(xiàn)象的物理機制；泵浦光脈沖

5、在介質(zhì)中誘導出強度隨時間變化的雙折射效應，探測光脈沖不同時刻光場所感應到的非線性折射率的非均勻變化，導致光克爾信號脈沖的時間特性隨泵浦光強而改變，并使脈沖能量逐漸減小。研究了雙色光克爾測量中泵浦光和探測光脈沖在介質(zhì)中的走離效應和自聚焦效應對光克爾測量時間分辨率和精度的影響。
　　3.使用飛秒時間分辨泵浦探測光克爾效應測量技術(shù)，研究了有機-無機復合材料、無機鉍酸鹽玻璃等光學材料的三階非線性響應，實現(xiàn)了時間分辨率優(yōu)于85 fs的超快光

6、克爾門。探索了基于超快響應介質(zhì)的光克爾門在白光超連續(xù)譜測量中的應用；通過與標準樣品CS2比較，發(fā)現(xiàn)使用超快響應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、對稱性好等優(yōu)點。
　　4.提出了基于光克爾效應的飛秒時間分辨白光超連續(xù)譜單脈沖偏振成像技術(shù)，實現(xiàn)了對超短脈沖在透明介質(zhì)中傳播動力學過程的超快成像。偏振成像技術(shù)利用了強光脈沖在介質(zhì)中誘導的瞬態(tài)折射率變化，可以實現(xiàn)對泵浦光脈沖能量分布的成像；利用基于白光啁啾超連續(xù)