Z-扫描技术与宽带光束远场分布的研究

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Z-扫描技术经过20年的发展,已经成为了一种成熟的测量材料非线性系数的技术。近几年来,发展了准一维狭缝光束Z-扫描技术,它相对于以前的各种改进过的Z-扫描技术而言,有以前所有技术所不具备的优点。基于准一维狭缝光束Z-扫描,我们研究了样品同时具有三阶和五阶非线性效应时的Z-扫描技术。但是这种Z-扫描技术有个很大的遗憾就是没有归一化透过率的解析表达式,我们用数值方法处理了这个问题,可以用来估算材料的非线性系数。在这个过程中,发现宽带光束的传输特性及其衍射效应可以作为一个独立的课题进行研究。因此,接着对宽带光束被圆孔衍射时的远场分布做了一些研究工作。主要研究内容如下:  (1)基于高斯分解法,样品同时具有三阶和五阶非线性折射相移时,对像散高斯光束Z-扫描技术做了一些研究。给出了最佳求和上限,可以方便地拟合实验测量的Z-扫描曲线。同时分析了椭偏率和束腰问距对Z-扫描曲线的影响,发现椭偏率和束腰问距的存在会改变Z-扫描曲线的形状,尤其是当束腰间距大于瑞利长度时,对曲线的影响更明显。  (2)当样品同时具有三阶和五阶非线性折射相移时,在理论上研究了准一维狭缝Z-扫描技术。对于三阶和五阶非线性折射系数γ和γ同号的情况,拟合出了一个经验公式,可以结合实验测量结果来计算γ和γ。对于三阶和五阶非线性折射系数γ和γ异号的情况,发展了准一维狭缝光束Z-扫描技术估算材料的三阶和五阶非线性折射系数的方法。分别给出纯五阶非线性折射、纯双光子吸收、纯三光子吸收情况下的准一维狭缝Z-扫描技术的经验公式,可以用来估算相应情况下的非线性系数。  (3)结合使用麦克斯韦方程的角谱表征法和圆孔函数展开为复系数高斯函数叠加的方法,给出被圆孔衍射的宽带高斯光束和径向偏振的拉盖尔-高斯光束的远场分布的解析式。对于径向偏振的拉盖尔-高斯光束,研究发现它的传输场是横磁场(TM)。分析了带宽效应对圆孔衍射的高斯光束远场光强分布和径向偏振的拉盖尔-高斯光束远场能流分布的影响。以高斯光束为例,比较了其旁轴与非旁轴的结果,两种情况的差异随着带宽的增加而增大。
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