文章编号：
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聚吡咯甲烯
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聚乙烯醇薄膜对高斯光束的衍射行为
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姚保利
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任立勇
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侯 洵
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易文辉
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汪敏强
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），中国科学院西安光学精密机械研究所瞬态光学技术国家重点实验室，西安
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），西北大学物理系，西安
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），西安交通大学精细功能电子材料与器件国家专业实验室，西安
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摘要： 制备了一种新型有机聚合物（聚吡咯甲烯）与聚乙烯醇的非线性光学复合薄膜，在该样品的激光纵向扫描
实验中发现，随着样品相对于高斯光束束腰位置的不同，产生了两种不同结构的同心衍射环。理论分析表明，该现
象可以用光克尔效应和热光非线性效应共同作用下的附加相位孔对入射光束的衍射行为来解释。从菲涅耳 基尔
霍夫衍射积分公式出发，建立了非线性光学介质对高斯光束的衍射模型，通过数值积分，得到了与实验现象符合的
计算结果。
关键词： 非线性光学薄膜；光克尔效应；高斯光束；衍射
中图分类号：
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文献标识码：
-
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瞬态光学技术国家重点实验室基金与中国科学院院长
基金资助课题。
收稿日期：
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；收到修改稿日期：
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引 言
激光与非线性光学介质相互作用产生了许多新
的光学现象，如光倍频、受激拉曼散射、双光子吸收
等，其中光诱导折射率变化是影响光束传播特性（如
自聚焦和自散焦）的重要非线性现象。这种现象主
要来源于材料的三阶非线性。有机聚合物非线性光
学材料因含有易离域化的共轭
!
电子结构，不仅具
有非线性系数大、响应速度快等优点，而且可以通过
分子设计改变主链或侧链的结构来优化材料的性
能，因而近年来将其应用于高速皮秒光开关、光调制
器、光存储介质的研究十分活跃
［
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］
。本文在研究
一种新合成的
!
共轭聚合物———聚吡咯甲烯时发
现，当高斯光束通过该聚合物与聚乙烯醇的复合薄
膜时，随着样品相对于激光束腰位置的不同，在远场
产生了两种不同结构的同心衍射环。一种表现为中
心强度最大，向外逐渐减弱，分布尺度较小的细衍射
环；另一种则是中央较暗，向外逐渐增强，分布尺度
较大的粗衍射环。上述现象在向列液晶薄膜
［
#
］
、细
菌视紫红质薄膜
［
)
］
以及中国茶溶液
［
(
］
等非线性光学
介质中都有报道，但对其产生的机理未给出详细的
分析。
/012
等
［
#
］
把这种激光诱导衍射环现象归因
于高斯光束的空间自相位调制，并通过定性分析认
为衍射环的个数近似等于
"
!
!
3"
!
。我们把这
种现象归因于非线性介质的光克尔效应和热光效应
在介质中诱导的相位孔对激光束的衍射行为。根据
菲涅耳 基尔霍夫衍射理论，建立了非线性光学介质
对高斯光束衍射的数学物理模型，并通过数值模拟
计算验证了实验观察到的现象，同时证明了
/012
关
于衍射环个数的推断只适用于粗衍射环的情况。
"
实验与结果
实验样品———聚吡咯甲烯（
44
5
）的合成与表征
见文献［
*
］，其分子式如下所示：
以聚乙烯醇（
46-
）为成膜材料，制备了
44
5
3
46-
复合薄膜，制备过程简述如下：首先分别配制
44
5
和
46-
的
7%
甲基
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吡咯烷酮（
78 4
）溶液，然
后将二溶液混合，在
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下电磁撑搅拌
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分钟，得
到粘稠透明的
44
5
346-
复合制剂。取适量的制剂
滴到水平放置的载玻片上，静置
"
小时，然后盖上另
一片盖玻片，垂直加力，在室温下放置
"+
小时固化
成膜。薄膜的厚度根据滴加制剂多少及垂直压力大
小而不同，估计在几十个微米量级。在日本生产的
第
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卷 第
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期
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年
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月
光 学 学 报
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