非线性光学与光子学：光学自由感应衰减实验研究成果

光学自由感应衰减（OFID）的首次实验观察，是Brewer和Shoemaker利用连续CO2激光10.6 μm辐射在NH2D气体样品中实现的［94］。在那之后，采用OFID方法研究了更多种类的共振吸收介质，其中包括：

●分子气体如NH2 D［94］，I2［81，96，97］，NH3［80］，CH4［98］，CHF3［98］，CO2［99］，HCN［100］，HBr［101］

●金属蒸气如Na［102］，Rb［103］

●金属离子掺杂晶体如Cr3+：Al2 O3［104～106］，Pr3+：LaF3［107，108］，Er3+：LaF3［109］，Sm3+：LaF3［110］，Tm3+：LaF3［111］，Pr3+：YAG［112］，Er3+：Y2 SiO5［113］

●其他固体样品如掺色心的NaF［114］，Si：GaAs［115］，掺并五苯的p-三联苯［116］

图10-16为在处于2K低温下Pr3+：LaF3晶体样品OFID特性的测量结果，入射光场是波长为592.5 nm的连续染料激光，它的频率可通过一个腔外声-光调制器突然移动，以便控制与样品之间的共振吸收作用［107］。在图10-16（a）中，OFID信号是晶体样品处于3种不同外加直流磁场强度（H0）条件下测得的，所观察到的5 MHz拍频频率则是由入射光场的调频频移值所决定的，这里外加磁场的作用是改变样品的光谱弛豫特性。基于显示在该图中的实验记录曲线，可直接获得拍频信号振荡幅度随时间衰减变化的数据。其中在H0≈0.5 G和H0=76 G两种条件下测得的上述两组数据，显示在如图10-16（b）所示的半对数坐标中，并分别沿两条具有不同斜率的直线排列；这证实了理论预计的拍频信号的指数衰减规律［参见式（10-77）］，从而可直接得出样品在两种不同外加磁场条件下的T2数值。(www.xing528.com)

图10-16　处于2K低温的Pr3+：LaF3晶体样品在3种不同外加磁场强度（H0）下的光学自由感应衰减行为（a）［（ⅰ）H0≈0 G，（ⅱ）H0=19 G，（ⅲ）H0=76 G，拍频频率为5 MHz］以及测得拍频振荡信号幅度在半对数坐标中相对于时间的变化（b）［107］

作为一个在有机材料中研究OFID现象的实例，图10-17显示了利用掺有并五苯的p-三联苯（pterphenyl）晶体作共振吸收介质（温度1.5 K），以波长为592.01 nm、光强为2.8mW/mm2的染料激光进行激励，测得的OFID信号随时间衰减的行为［116］。与入射光场发生共振作用的是处于三联苯基质晶体O2部位的并五苯，而所观察到的1 GHz拍频频率，则是由入射激光经过一个电光调制器后的频移值所决定的。该实验结果，再次证实了拍频振荡信号幅度随时间变化的指数衰减规律。

图10-17　处于三联苯基质晶体O2部位的并五苯产生的OFID拍频信号（a）（样品温度1.5 K、入射激光波长592.01 nm、光强2.8 mW/mm2）以及在半对数坐标内拍频信号幅度随时间的衰减变化（b）［116］