硫系玻璃在中红外波段的三阶非线性光学特性研究

Chalcogenide glasses possess high third-order optical nonlinearity as well as wide infrared transparent range which offers a new choice for photonic devices. With rapid development of mid-infrared photonics, mid-infrared chalcogenide nonlinear optical devices attracted considerable attentions recently for their application value in the fields of biology, aerospace and military et al. However, due to the lack of mid-infrared laser source, third-order optical nonlinear properties of chalcogenide glasses have not been systematically studied yet, which restricted the development of mid-infrared chalcogenide photonic devices. In this project, chalcogenide glasses in arsenic-free system will be selected and their mid-infrared third-order optical nonlinearties will be studied by using the femtosecond laser pluses generated from optical parametric amplification assisted with Z-scan et al testing techniques. The effects of multiple-photon absorption, impurity absorption and photon-sensitivity on mid-infrared third-order nonlinearity of chalcogenide glasses will be deeply understood, a corresponding theoretical model and a method for the modification of mid-infrared third-order nonlinearity will be established, which will provide scientific data and theoretical basis to the design and development of mid-infrared chalcogenide nonlinear optical devices.

硫系玻璃是兼顾高三阶非线性与中远红外透过性能的新型光子器件基质材料。随着近年来中红外光子学的快速发展，工作在中红外波段的高非线性硫系光子器件由于在生物、航天、军事等关键领域的重要应用价值而引起广泛的关注。但受到中红外激光源的限制，硫系玻璃在中红外波长下的三阶非线性光学特性还未得到系统的研究，制约了相关领域研究的进一步发展。本项目将以无砷环保型硫系玻璃作为主要研究对象，利用波长可调谐的飞秒光参量放大器结合Z扫描等测量技术对其中红外波段的三阶非线性光学特征进行研究。深入理解三光子及以上多光子吸收、杂质振动吸收、光敏性对硫系玻璃中红外三阶非线性的影响及具体作用机理，建立相应的理论模型并获得硫系玻璃中红外三阶非线性的调控方法，为工作在中红外波段的高非线性硫系光子器件的设计与开发提供理论依据与数据支持。

硫系玻璃是兼顾高三阶非线性与中远红外透过性能的新型光子器件基质材料。随着近年来中红外光子学的快速发展，工作在中红外波段的硫系非线性光子器件由于在生物、航天、军事等关键领域的重要应用价值而引起广泛的关注。但受到中红外激光源的限制，硫系玻璃在中红外波长下的三阶非线性光学特性还未得到系统的研究，制约了相关领域研究的进一步发展。本项目以无砷环保型硫系玻璃作为主要研究对象，主要开发了以Ga-Sb-Se、Ge-Sn-Se、Sn-Sb-Se为代表的一系列新型的硫系玻璃体系，并且利用波长可调谐的飞秒光参量放大器结合Z扫描等测量技术对其中红外波段的三阶非线性光学特征进行研究。通过项目的进行，我们深入理解了三光子及以上多光子吸收、杂质振动吸收、光敏性对硫系玻璃中红外三阶非线性的影响及具体作用机理，并建立相应的理论模型并获得硫系玻璃中红外三阶非线性的调控方法。另外，我们还制备了一些列新型的纳米颗粒复合的硫系玻璃材料，且证明了这些纳米复合材料具有较纯硫系玻璃更高的三阶光学非线性，这些新型材料的开发为中红外硫系非线性光器件的设计与开发提供理了新基础和新思路。