不同非线性吸收机制下的Z扫描实验理论研究开题报告

1. 研究目的与意义

激光问世之前，人们基本上研究弱光束在介质中的传播，光波叠加时遵守线性叠加原理，在这个条件下研究光学问题称为线性光学。随着激光的问世，人们发现了大量的非线性光学现象。我们发现对于很强的激光，映介质性质的物理量不仅与光波的电场强度e的一次方有关，而且还决定于e的更高幂次项。非线性光学的发现，丰富了我们对于光与物质相互作用方面的认识，使光学技术产生了巨大的发展。

由于对非线性光学的研究不断加深，相关的光学非线性测量方法也应运而生。测量方法主要分为简并四波混频，近简并三波混频，椭圆偏正法，非线性干涉法，光束畸变法等。其中，z扫描技术是一种很普遍的测量方法，它的优点主要是搭建光路简便，测量精度高，数据处理简单方便，以及可以测出非线性吸收和折射的大小和符号等。

z扫描技术主要利用空间分布高斯光束能够导致空间的折射率变化，使材料产生类似于透镜的特性，从而使光束在介质内能够产生散焦或聚焦。关键在于将基膜高斯光束聚焦于非线性薄样品中，此时的介质可以充当透镜，使其在焦点附近移动，探测远场光束透射率的改变，当样品经过束腰移动扫描时，产生了特征峰与谷。进一步对高斯光束远场衍射传播进行数值模拟，求得非线性折射率等。在这基础之上，为了提高其灵敏度，人们还提出了多种改进的z扫描技术，如高斯-贝塞尔z扫描技术，top-hatz扫描技术等。

2. 研究内容和预期目标

1.了解光学非线性及非线性测量技术的发展和研究概况。

2.z扫描实验的原理，实验装置以及理论分析。

3.介绍材料中不同的非线性吸收机制，如双光子吸收，多光子吸收，激发态吸收等。

3. 研究的方法与步骤

利用基本的光学知识和理论，高等数学知识，数学与物理方法论知识来对问题进行分析以及对相应的公式进行推导；运用matlab软件进行编程，仿真出问题中的数据曲线并利用origin作简单的数据分析和数据处理。

4. 参考文献

1.周铁中,邓罗根.强非线性吸收下高斯光束z2扫描衍射理论模型[j].强激光与粒子束,2004,16(6).

2.杨新江,臧维平,田建国,等.近 top-hat 光束z扫描理论分析[j].物理学报,2005，54(6):2735-2738.

3.gu b,wang j,chenj,et al.z-scan theory for material with two-and three-photonabsorption[j].optics express,2005,13(23): 9230-9234.

5. 计划与进度安排

(1)2022-11-25～2022-02-23

复习激光原理和光学原理的知识；学习使用基本的matlab命令；学习如何用origin作简单的数据分析和数据处理；

(2)2022-02-24～2022-03-08