平板染料波导光热折射率效应的时间特性.pdf

应用激光Vol。10，N0．2

平板染料波导光热折射率效应的时间特性

褚玉喜
(武汉大学物理系)

摄l，探针束观测丁溶液折射率变化的时间特性
基于光陷阱了理论上的解释

TimeChameteristic~forIPl~olotlmrrurallyInduced

RefractiveIndexVariationinPlanard，eWaveguide

ChuYuxi

(Physicsp口”o，Wuh~mUnt~rsity)、

AlwtzaetUsingaHe-Nebeamthroughapiarmrdyewavegui~epumpedbyN|laserasapro-
be，timecharacteristicsforrefractiveindexvariationofthedyesolutionⅡeobserved
．Basedon
theprinciplesofthephototrapping．Photothermalandphotoacousticdeflectionthestage*of
thevariationaretheoreticallyexplained．

染料溶液光热折射率变化在激光技术领域置示如凰1。Nz激光经扩束，聚焦泵。浦平板
具有重大的影响。倜如在染料激光器和图象放染料波导池，引入一束与池内超辐射共线的
大器中引起溶液折射率畸变}然而在染料平板He-Ne光作为监视池内溶液折射率变化的探针
自波导⋯、热光学双稳器件以及光热偏转束。图中，RF是透Hc—Ne的干涉滤光片，
、谱I”、和光声谱(PAs)⋯等方面‘这个效应有Dl、D2是负载可变(50Q一3Kf1)的2DU^光
很重要的应用。对于平板染料波导，一般所关电=极管探测器，OSC是COSBIOD-100MHZ示
注的问题是光热引起溶液折射率变化的空间分波器，泵浦输A的脉冲能量为4mJ，脉冲渡
布，对于折射率变化的时问特性，尚未有专门形如图2(一)，脉宽为8ns(FWI-IM)，在Nj激
报导，为此，．本文实验研究了Nz泵浦平板染光泵浦下，波导输出的双程超辐射脉冲能量约
料波导折射率变化的时阿婿性，从中发现t在400pJ，脉冲波形具有弛豫振荡特征，并随N：

一次泵滴敷发下，溶液折射率的变化过程大致激光的每次发射形状略有不同，典型渡型如图
分为四个阶段。按其发生机理，我们把它称作2(b)，脒宽略小于泵浦源的FWHM值。Nz激
光热快速转换阶段，光陷阱(phototrapping)响光与染料脉冲的对应关系如图2(c)。
应阶段、光一声响应阶段和热扩散阶段。利用当Nl激光焦线与He--Ne柬共线泵浦时，
关的理论、实验结果得到了定性和定量解释。透过RF的探针束产生明显向上、向下同时分
裂的现象，泵浦过后，屏上光斑又台二为一，恢
实验装置与结果

N；激光系浦的染料平拉波导及其测量装1989年9月11日收稿1

然而，在强聚焦。F，在：述]、降之后还存在一
个继续缓漫下的过枉。大约在经过下降时间
f．20ms之后，偏转达极大筐，随后再逐渐
I—I弛豫蕈j初始值。

l
三鎏—斟
_『—叶
i，1：
一．l，一

●‘。一
-p—t—1—r

(a)Af≠0时的光电流(b)△fO时的光电流
谱，扫描速度10ms／谱、扫描速度20ms／
口盛div’灵敏度6my，diVdb(20mv／div)
(a)N：激光脉冲波(b)染料超辐射
形，扫描速度4nsl波形，’描速睦’
div灵敏度0．2V／div灵敏度同(a)。

(折射率变小时的下降馏、扫描速度s／div

cIv／d~v)、，．
(渡形上的小脉冲是Hc．-Ne电源调制造成的)
蟹5溶液折射率变化对探针柬的光电流谱

理论分析

c，1N2(上)—Dye(下，双迹脉肄波形、扫描焱知，光束通过非均匀折射率分布的介质
’逮魔m§iv灵敏鹰K上o．1(下)2
会发生向高折射率区的偏转。且t时的偏转角
．黑2和染料超辐射醉冲波形
，1J
。
．6(t)与光线路径S上垂直于光线传播方向的折
氯厨着舡希用如图一}的外|触发术．测褥折射事
射率梯度有关

变他髓探钟廉分裂(或称偏转)造成的光电漉漕1r
由(t)vzn(r，t)ds(1)
分g如图0其砷(a是泵浦光处在馓聚焦
(染料骥的离焦鼍-辛O)下的偏转谱此时光即折射率变化量愈大、偏转角巾(t，也愈大，探
瑾上，j下分裂润距典型僮Ah；5—6蛐n{党舁探测器光电流愈小。
de船0ram),当染料膜严格处在拄透辘吐的设泵浦光z向是均匀的，则泵浦光BI起的
髑面《止时，探针柬的偏转光奄流{iI为溶液折射率分布可写成
图3<b)，此时探针束的分裂。距6hl=i2mm。
n
图#(》最洛液嘿l毖泵谛光热量时用灏扫描观汪y．1)=等(x、Y，t)