臺灣博碩士論文加值系統

在非線性光學的研究領域中，本實驗室致力於探討有機染料在各不同時域的非線性吸收與折射性質。當我們以波長為532 nm的個別皮秒脈衝(時寬為 19 ps (HW1/e2M)) 為光源，以Z-scan技術調查C60 溶於toluene 以及ClAlPc溶於methanol或ethanol等溶液的非線性光學性質時，我們發現源自單支態激態電子吸收(excited state absorption，簡稱ESA)與激態電子折射(excited state refraction，簡稱ESR)所產生的非線性吸收與折射性質。當我們改以532 nm皮秒脈衝串(時寬延伸為70 ns)為光源時，我們發現在單支態電子躍遷所造成的貢獻之外，三支態激態電子躍遷以及穩態熱效應(steady state thermal effect)亦對非線性吸收與/或折射有所貢獻。另外，當我們以能量超過一臨界值的個別皮秒脈衝照射ClAlPc/ethanol溶液時，我們發現了很有趣的質量傳輸現象—溶質分子由光斑中心被推移往光斑邊緣處。為說明「皮秒脈衝的能量必須超過一臨界值才可造成溶質分子的質量傳輸」，我們提出了如下的理論模型。處於熱平衡狀態時，溶質分子震盪於一拋物線形的位能井中，此位能井的最低點位能乃所謂溶質分子的化學位(chemical potential)，而相對於化學位的總能乃熱能。
以個別皮秒脈衝或皮秒脈衝串為光源的研究成果，引領我們思考如下的兩個問題：(i)以二倍頻Q-switched Nd:YAG雷射輸出的2.8 ns (HW1/e2M)脈衝為光源，我們是否可見熱透鏡效應？若然，此熱透鏡效應屬穩態或暫態，以及(ii) 二倍頻Q-switched Nd:YAG雷射輸出的2.8 ns (HW1/e2M)脈衝是否一如皮秒脈衝一樣，可以造成質量傳輸現象。
為回答以上問題，在本論文中我們以時寬為2.8奈秒的532奈米雷射脈衝為光源，以Z-scan技術探討(i)不同濃度的C60溶於甲苯(toluene)溶液的暫態熱透鏡效應與(ii)酞青素溶於乙醇(ethanol)溶液中質量傳輸的性質。
在理論上，我們以五能級模型來說明單(三)支態電子的躍遷與鬆弛，以及非輻射性鬆弛所引起的暫態熱效應。因為intersystem crossing的半生期在奈秒量級，與脈衝時寬相當，因此透過本研究，我們預期可見三支態電子躍遷所引起的非線性吸收與折射效應。另因2.8 ns的脈衝時寬介於個別皮秒的脈衝時寬(19 ps)與脈衝串的包跡時寬(70 ns)，我們預期可見熱透鏡效應，但此熱效應尚不及發展成穩態的熱透鏡效應，故屬暫態熱透鏡效應。
關於質量傳輸現象之研究，若我們可見類似皮秒脈衝的傳輸性質，則可宣稱質量傳輸機制為Soret effect—光能被吸收後轉成熱能，造成一溫度梯度，此溫度梯度將溶質分子由高溫區推往低溫區。反之，如果2.8 ns的脈衝不能造成與19 ps類似的質量傳輸現象，則質量傳輸必源自Soret effect以外的其他機制。

In this study we use single nanosecond pulse( ) as the light source. Using the Z-scan technique, we measure both the nonlinear absorption and nonlinear refraction of C60/toluene and ClAlPc/ethanol solutions in nanosecond regime. We talk the thermal lensing effect of the C60/toluene solution and the mass diffusion in the ClAlPc/ethanol solution. To explain the experimental results, we use the five-energy-band model to interpret the optical excitation and subsequent relaxation. Thermal lensing effect is induced by nonradiative relaxations. In the nsnosecond regime, because the pulse duration time (2.8ns) is longer than the local thermal equilibrium and shorter than the time of the thermal acoustic wave to propagate across the beam cross section, the thermal lensing effect is in the transient regime. With the experimental data we do not see the mass diffusion phenomena in the nanosecond regime. Because it is not driven by the Soret effect, we advance a hypothesis of potential well. With the hypothesis, we may account for the mechanism of mass diffusion in the picosecond and nanosecond ergime.

第一章 緒論
第二章 理論
2.1 Maxwell方程式
2.2 線性吸收
2.3 非線性吸收與折射
2.4 量子模型
2.5 熱效應
2.6 質量傳輸
第三章 實驗裝置與相關量測技術
第四章 實驗結果與討論
第五章 結論
第四章 實驗結果與討論
第五章 結論

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