Author Affiliations
Abstract
1 Shenzhen University, Institute of Microscale Optoelectronics and State Key Laboratory of Radio Frequency Heterogeneous Integration, Nanophotonics Research Center, Shenzhen, China
2 Research Institute of Intelligent Sensing, Research Center for Humanoid Sensing, Zhejiang Lab, Hangzhou, China
3 Delft University of Technology, Optics Research Group, Delft, The Netherlands
Nonlinear responses of nanoparticles induce enlightening phenomena in optical tweezers. With the gradual increase in optical intensity, effects from saturable absorption (SA) and reverse SA (RSA) arise in sequence and thereby modulate the nonlinear properties of materials. In current nonlinear optical traps, however, the underlying physical mechanism is mainly confined within the SA regime because threshold values required to excite the RSA regime are extremely high. Herein, we demonstrate, both in theory and experiment, nonlinear optical tweezing within the RSA regime, proving that a fascinating composite trapping state is achievable at ultrahigh intensities through an optical force reversal induced through nonlinear absorption. Integrated results help in perfecting the nonlinear optical trapping system, thereby providing beneficial guidance for wider applications of nonlinear optics.
nonlinear optical tweezers optical force reverse saturable absorption Advanced Photonics
2023, 5(4): 046006
西安理工大学机械与精密仪器工程学院, 陕西 西安 710048
提高二维纳米材料的非线性光学响应,推动非线性光学在光电子领域的应用,是当前的一项巨大挑战,而构建高质量的范德瓦耳斯异质结,研究其非线性光学响应的内在机理,是解决途径之一。本文采用液相剥离结合真空抽滤技术,选择不同的混合方式(粉末混合、超声后混合、离心后混合),构建了三种二硫化铼/石墨烯异质结薄膜,并利用拉曼光谱仪、近红外吸收光谱仪以及原子力显微镜等对其进行了光学表征。采用自主搭建的高重复频率、窄脉宽飞秒Z扫描系统,重点研究了上述异质结薄膜在800 nm处的非线性光学特性,得到了其三阶非线性极化率虚部、品质因数等重要的非线性光学参数。结果表明:异质结的成功构建使得材料的非线性光学响应显著增强,超声后混合的二硫化铼/石墨烯薄膜的品质因数是纯二硫化铼薄膜的3.5倍,纯石墨烯的1.6倍;超声后混合的二硫化铼/石墨烯薄膜具有最高的反饱和吸收特性,其品质因数相较于粉末混合、离心后混合的异质结薄膜分别提高了44%和27%。本文为范德瓦耳斯异质结的制备提供了新思路,同时也为飞秒光限幅器件的研究打下了理论基础。
材料 范德瓦耳斯异质结 二硫化铼 石墨烯 非线性光学 反饱和吸收 光学学报
2021, 41(20): 2016002
北达克达州立大学 化学与生物化学系，美国 北达克达州法戈市 58108-6050
本文总结了2003~2019年报道的联三吡啶铂（Ⅱ）配合物的反饱和吸收或双光子吸收及光限幅研究进展，并对这类配合物的光物理特性，包括基态吸收?激发态吸收?激发态寿命和三重态量子产率?在532 nm的反饱和吸收或光限幅，在近红外光区的双光子吸收，以及构效关系进行了评估。首先介绍了目前光限幅材料和器件的研究现状，对反饱和吸收和双光子吸收材料的基本要求，以及平面正方形铂（Ⅱ）配合物的种类和特性；其次讨论了六个系列联三吡啶类铂（Ⅱ）配合物的反饱和吸收或光限幅及构效关系；随后总结了五个系列联三吡啶铂（Ⅱ）配合物的双光子吸收及结构变化对双光子吸收截面的影响；最后对文献报道的工作进行了小结。根据文献报道的工作发现的一个趋势是：在联三吡啶配体或单齿炔配体上引入取代基可以调节基态和激发态的吸收，特别是在配体上引入给电子基团或增加联三吡啶和其上的芳香环取代基的共平面性会引起基态吸收红移但降低或淬灭激发态的吸收，这样会降低在532 nm的反饱和吸收或光限幅。但是扩展联三吡啶配体上的共轭体系则能大幅提高铂（Ⅱ）配合物的双光子吸收截面，尤其是在联三吡啶配体上引入吸电子的共轭芳香环取代基可以控制基态吸收在500 nm以下，同时保持了在可见光区的长寿命宽幅三重激发态吸收和在近红外光区的中等强度的双光子吸收，这对研制宽幅激光限幅材料有重要意义。
光限幅；非线性吸收；联三吡啶铂(Ⅱ)配合物；反饱和吸 optical limiting nonlinear absorption platinum(Ⅱ) terpyridine complex reverse saturable absorption two-photon absorption 红外与激光工程
2020, 49(12): 20201078
Author Affiliations
Abstract
1 College of Electronic Engineering, Heilongjiang University, Harbin 150080, China
2 Physics Group, Chaoyang Medical School, Chaoyang 122000, China
3 College of Physics, Harbin Institute of Technology, Harbin 150001, China
The dipole resonances of gold nanocages were investigated theoretically using finite difference time domain method. The results show that field enhancement is obtained at the walls of the gold nanocages. It is believed that the effect can cause a strong optical nonlinear property. To test the hypothesis, nonlinear absorption was investigated using a broadband 5 ns Z scan. It was found that at low intensities the sample shows saturable absorption (SA), while at higher intensities a switch from SA to reverse SA occurs. Moreover, the nonlinear absorption of the sample is sensitively wavelength-dependent, and, in the resonant region, saturation intensity is the largest.
saturable absorption reverse saturable absorption gold nanocages FDTD Z-scan Chinese Optics Letters
2020, 18(1): 011901
利用克兰克-尼科尔森差分法求解激光场的傍轴波动方程和粒子数速率方程,研究纳秒超高斯型激光脉冲与富勒烯C60分子的相互作用过程,并模拟不同阶次强场超高斯型激光脉冲在介质中的传播演化情况。当强场超高斯脉冲在C60分子介质中传播时,表现出明显的反饱和吸收光限幅效应,而且脉冲的时空包络形状在传播过程中被重塑,由初始入射时的具有中心对称性的平顶型时间包络分布逐渐转变成具有非中心对称的尖顶型激光脉冲分布,而且脉冲持续时间也缩短了一个数量级;随着输入超高斯型脉冲时间阶次的不断增大,在传播过程中被吸收的脉冲不断增多,出射脉冲宽度逐渐减小。
超快光学 脉冲整形 反饱和吸收 光限幅 超高斯型激光脉冲 绝热近似 迟至时间坐标系
1 西北大学 光子学与光子技术研究所, 陕西 西安 710069
2 国家级光电技术和功能材料及应用国际科技合作基地 陕西省光电技术与功能材料省部共建国家重点实验室培育基地, 陕西 西安 710069
利用纳秒级脉冲量激光的Z 扫描方法对不同层数石墨烯薄膜在3 μm~5 μm中红外波段的光限幅效应开展了研究, 获得的开孔Z扫描曲线均呈现出单一谷结构, 而闭孔Z扫描曲线没有明显的峰谷对称结构。通过对开孔Z扫描实验数据进行数值模拟, 分别得到3层石墨烯在3.010 μm、3.522 μm、4.326 μm和4.880 4 μm 4个中心波长处的三阶非线性吸收系数和光限幅阈值分别为11.39×10-7cm/W、10.61×10-7cm/W、9.75×10-7cm/W、8.81×10-7cm/W和3.49 J/cm2、3.75 J/cm2、4.11 J/cm2、4.55 J/cm2; 3层、5层和7层石墨烯在3.522 μm中心波长处的三阶非线性吸收系数和光限幅阈值分别为10.61×10-7 cm/W、11.32×10-7 cm/W、11.95×10-7 cm/W和3.75 J/cm2、3.41 J/cm2、3.32 J/cm2。实验数据表明, 石墨烯在中红外波段产生了较强的非线性反饱和吸收而具有明显的光限幅效应。
石墨烯 非线性反饱和吸收 光限幅效应 3 μm~5 μm 3 μm~5 μm graphene nonlinear reverse saturable absorption optical limiting effect
北京航空航天大学 仪器科学与光电工程学院, 北京 100191
以菲涅耳-基尔霍夫衍射理论为基础，对通过非线性介质的高斯光束传输行为进行理论分析，分别给出了强吸收、无吸收情况下开孔、闭孔Z扫描曲线公式；对不同条件下非线性介质的归一化透过率进行数值模拟计算，发现Z扫描曲线透射峰和透射谷表现出3种新的特性：随着入射激光峰值光强的增加，Z扫描曲线透射峰的高度受到抑制,而透射谷则加强变得更深；非线性相移的增加对Z扫描曲线透射峰和透射谷均有增高和加深的作用；激光束束腰半径越大，Z扫描曲线的峰谷特征越明显。
Z扫描技术 高斯光束 非线性介质 反饱和吸收 Z-scan technique Gaussian beam nonlinear medium reverse saturable absorption
中国工程物理研究院激光聚变研究中心， 四川 绵阳 621900
基于非线性传输方程与五能级速率方程的耦合模型分析了超高斯脉冲在反饱和吸收(RSA)作用下的动态响应特性。研究了脉冲时空波形在RSA材料中的演化规律以及脉冲与材料相互作用的动力学过程。讨论了单重态第一激发态寿命对输出脉冲时空波形的影响，并优化了材料参数以避免时空畸变。对新型RSA材料的开发以及在时空波形敏感领域的应用具有指导意义。
非线性光学 反饱和吸收 动态响应 时空畸变
中国工程物理研究院激光聚变研究中心， 四川 绵阳 621900
脉冲的时间调制严重威胁高功率聚变激光装置在高通量下运行的自身安全甚至使聚变点火失败，因此必须根除或充分抑制。提出了一种基于光限幅效应时域滤波的方法，光限幅效应是非线性光学过程，可以通过材料实现低光强输入时透射率较高，高光强输入时透射率较低。介绍了光限幅效应的主要机制、研究概况，分析了适合用于光路中的限幅机制，最后讨论了该时域滤波方法在实际光路中的应用形式及发展前景。
非线性光学 光限幅效应 时域滤波 反饱和吸收 激光与光电子学进展
2011, 48(10): 101901
山东师范大学物理与电子科学学院, 山东 济南 250014； 中国科学院理化技术研究所测试中心, 北京 100190
从能级角度出发，结合入射激光脉宽对粒子吸收方面的影响，用速率方程模拟了各能级粒子数的瞬时变化关系，给出了激光脉宽与能级寿命可比拟时反饱和吸收的动态解，表明粒子在能级上的分布情况。用C60和HITCI(1,1',3,3,3',3'-hexa methyl lindo tricarbocyanine Iodide)的实验参数理论模拟了激发态吸收截面大于基态吸收截面时透射率随光强的变化关系，用以说明大的上能级吸收截面可以抑制光强过大时引起的饱和吸收，增强材料的非线性光限幅特性。
速率方程 反饱和吸收 光限幅 rate equation reverse saturable absorption optical limiting
