(完整版)非线性光学材料小结
光学材料中的非线性光学特性分析
光学材料中的非线性光学特性分析光学材料是指能够对光进行控制、调节以及产生新的光学效应的材料。
非线性光学特性是光学材料中一种重要的现象，其研究在光通信、激光技术、光信息处理等领域具有广泛的应用价值。
本文将对光学材料中的非线性光学特性进行分析，探讨其机理以及应用前景。
1. 非线性光学特性简介非线性光学特性是指当光与光学材料相互作用时，产生的光学效应与入射光强度不呈线性关系的现象。
与线性光学特性不同，非线性光学特性由于其强度依赖关系的非线性性质，使得光学材料在应用中具有更加丰富的功能和效果。
常见的非线性光学效应包括二次谐波发生、和频与差频发生、自聚焦、自相位调制等。
2. 非线性光学效应的机理非线性光学效应的产生是由于光照射到光学材料中的原子或分子后，其能级结构发生变化并引发非线性相互作用。
比如，二次谐波发生是由于材料的非线性极化率产生了非线性响应，将入射的光分解为频率为二倍的新光。
自聚焦效应是由于材料的光折射率与光强度的关系非线性，使得光束在传播过程中自动聚焦。
3. 光学材料中的非线性光学特性研究方法为了研究和应用光学材料中的非线性光学特性，科学家们发展了多种实验方法。
其中，著名的方法包括Z-scan技术、功率扭曲、相位匹配等。
Z-scan技术可测量材料的非线性吸收和折射率，并通过测量传播动力学过程来分析非线性效应。
功率扭曲实验通过改变光束强度来研究材料的非线性响应。
相位匹配为材料中的非线性效应提供了最佳的相位条件，以增强非线性光学效应。
4. 非线性光学特性在光通信中的应用非线性光学特性在光通信中具有重要的应用价值。
比如，光纤通信中信号调制和光时钟的生成都离不开非线性光学效应。
非线性光学特性还可用于光通信中的光放大器、光开关和光限幅器等器件的设计和制造。
利用非线性光学特性，还可以实现光通信中的非线性光调制和光波混频等功能。
5. 非线性光学特性在激光技术中的应用非线性光学特性在激光技术中有着广泛的应用。
非线性光学现象与光学非线性材料
非线性光学现象与光学非线性材料光学是研究光的传播、干涉、衍射等性质的科学，而光学的非线性现象则是光在特定条件下表现出的一些与强度相关的特殊现象。
非线性光学现象广泛应用于通信、数据存储、显示技术等领域，并且在光学非线性材料的研发中扮演着重要的角色。
非线性光学现象的基础是光的非线性响应。
一般情况下，光与物质相互作用的过程是线性的，即光的强度与物质的响应呈正比。
然而，当光的强度足够强时，就会引发一系列非线性光学现象。
其中最基本的非线性现象是二次谐波产生，即当光与非线性介质相互作用时，会产生频率是输入光频率的二倍的光。
除了二次谐波产生，还存在着诸如光学频率倍增、和波混频、自相位调制等非线性现象。
这些现象的出现是因为在非线性介质中，光的电场在介质内产生了相互耦合的非线性效应。
通过合适的谐波合成等手段，可以对光进行调制和控制，从而满足不同光学应用的需求。
为了实现这些非线性光学现象，科学家们通过研究和设计不同类型的光学非线性材料。
光学非线性材料是指具有一定非线性光学效应的材料，包括有机和无机材料。
其中，有机非线性材料具有较大的非线性光学响应，适用于高功率激光器、光电开关等领域；而无机非线性材料则具有较高的光学稳定性和可调控性，适用于光波导、光存储等领域。
光学非线性材料的制备方法多种多样，常见的包括溶液法、薄膜法和晶体生长法。
通过这些方法，可以制备出不同结构和形态的材料，从而调控其非线性特性。
此外，根据需要，还可以通过掺杂离子、改变晶体结构等手段来进一步改善非线性特性。
光学非线性材料在科学研究和应用中具有广泛的前景。
例如，在光通信领域，非线性光学现象可以延长光信号的传输距离和调制速度，提高光纤通信系统的性能；在光存储领域，非线性光学材料可实现高密度的光数据存储和读取；在光学成像领域，非线性光学材料可以增强图像的对比度和分辨率。
然而，光学非线性材料也面临一些挑战。
首先，制备高质量的非线性材料需要复杂的工艺和条件，制备成本较高。
光学材料的非线性光学性质研究
光学材料的非线性光学性质研究近年来，光学材料的研究逐渐受到人们的关注。
光学材料的非线性光学性质尤其引人瞩目。
非线性光学是一门研究光与物质相互作用中非线性效应的学科。
它不仅可以应用于光通信、光储存等领域，还有望为实现光子芯片、量子计算等科技的发展提供重要支持。
光学材料的非线性光学性质在很大程度上取决于材料的结构和成分。
常见的非线性光学材料包括铁电材料、有机非线性光学材料和半导体材料等。
这些材料在受光激发下，其极化程度与电场强度之间的关系不满足线性比例关系，而是表现出非线性响应。
这种非线性响应一般包括二次非线性效应和三次非线性效应。
在二次非线性效应中，最重要的是二次谐波发生（SHG）效应。
当材料受到强光激发时，会产生频率是激发频率的二倍的光波。
这种效应通常发生在非中心对称的晶体中，如氧化锂铌酸锂晶体。
氧化锂铌酸锂晶体是目前应用最广泛的非线性光学材料之一，具有优异的非线性光学性能和较高的光学质量。
除了二次谐波发生效应外，三次非线性效应也是非线性光学的重要现象之一。
其中，自聚焦效应和自相位调制效应是最为重要的。
自聚焦效应是指在介质中传播的激光束，由于光场的强度分布不均匀而导致的光束自聚焦现象。
而自相位调制效应是指光波在介质中传播时，由于材料的非线性响应导致光波的相位发生变化，进而影响光的传输特性。
近年来，有机非线性光学材料也逐渐引起人们的关注。
有机非线性光学材料具有较高的非线性极化率、快速的响应速度以及低的非线性损耗，适用于超快光学器件的制备。
目前，有机非线性光学材料的研究重点主要在于提高其耐久性和稳定性，以满足实际应用的需求。
此外，半导体材料在非线性光学领域也有很大的应用潜力。
半导体材料的非线性光学性质主要通过外加电场对电子结构的调控来实现。
由于半导体材料具有较高的饱和吸收系数和较快的自发发光寿命，因此在光信息处理、光存储和光电子学等方面具有广泛的应用前景。
综上所述，光学材料的非线性光学性质对于光学器件的设计和应用具有重要意义。
非线性光学材料研究及应用
非线性光学材料研究及应用非线性光学是近年来发展最快的光学领域之一。
与线性光学不同，非线性光学是关于光的相互作用的，只有当光强度超过一定的阈值时，才会出现非线性效应。
而非线性光学材料，便是指这种非线性光学效应的发生与表现所需要的一种材料。
一、非线性光学的基础非线性光学研究的主要对象是光与物质的相互作用，即光与物质的媒介之间的相互作用。
物质的分子、原子或其他微观粒子（如晶格中的离子等）与光场的相互作用，是通过微观的相干过程来实现的。
光和物质的相互作用是由光的电场分量产生的。
在非线性光学中，只考虑电场的强度（即振幅）影响物质的响应，忽略了电场的相位影响。
基于非线性光学材料的非线性效应，可以实现多种光学器件的制作，如光电开关、光学调制器、光学逻辑器、光学计算器等，这些光学器件都有着重要的应用价值。
因此，非线性光学的研究在光通信、信息、材料科学等领域都具有广泛的应用前景。
二、非线性光学材料的种类非线性光学材料的种类非常广泛，其中最具代表性的就是非线性晶体。
非线性晶体的非线性效应主要是由于其宏观尺度上的非中心对称性而形成的。
非线性晶体中，最典型的非线性效应就是二次谐波发生，即当一束激光分别作用在材料上，可直接形成其一倍频、二倍频或三倍频等多种频率变化的光谱输出。
此外，还有非线性光学吸收材料、非线性荧光材料、非线性折射材料等，这些材料的非线性效应发生原因不同，具有不同的功能。
三、非线性光学材料在实际应用中的作用非线性光学材料在实际应用中，可具有多种重要作用。
在信息技术领域，非线性光学材料可用于制造高速数据传输的光通信器件，如光电开关、光纤调制器、光电调制器等；在光电子学领域，非线性光学材料常被用于制造激光器、探测器、光学传感器等；在生物医药领域，非线性光学显微技术可用于生存细胞、组织等生物样本的成像。
综上所述，非线性光学材料的研究及应用一直是国内外光学领域的热点之一，随着时代的发展和技术的不断进步，非线性光学材料的应用范围也越来越广泛，未来还有巨大的发展潜力。
非线性光学知识点总结
非线性光学知识点总结1. 非线性光学基础知识1.1 非线性极化在非线性光学中，光在介质中的传播会引起介质极化现象。
通常情况下，介质的极化与光场的电场强度成正比。
在非线性光学中，介质的极化与光场的电场强度不再呈线性关系，而是存在非线性极化效应。
非线性极化效应包括二阶非线性极化、三阶非线性极化等。
1.2 介质的非线性光学特性介质的非线性光学特性通常由介质的非线性极化特性决定。
不同类型的介质具有不同的非线性极化特性，如各向同性介质、各向异性介质、非晶介质等。
介质的非线性光学特性对于光的强度、频率、极化方向等都有影响。
2. 非线性光学效应2.1 二次谐波产生二次谐波产生是一种光学非线性效应，它是指当一个介质中的光场具有足够强的非线性极化能力时，光会发生频率加倍的现象。
这种效应通常用于频率加倍和广谱显示等光学应用。
2.2 自聚焦效应自聚焦效应是一种非线性光学效应，它是指在介质中传播的光束因介质本身的非线性光学特性而产生自聚焦的现象。
自聚焦效应可用于激光聚焦、钻孔加工等应用。
2.3 自相位调制效应自相位调制效应是一种光学非线性效应，它是指光在介质中传播时，介质的非线性光学特性引起了光场相位的调制现象。
自相位调制效应对于光信息处理、光通信等领域具有重要意义。
3. 非线性光学器件3.1 光学双折射晶体光学双折射晶体是一种常用的非线性光学器件，它具有很强的非线性极化特性，可用于二次谐波发生、自聚焦等应用。
3.2 光学相位共轭镜光学相位共轭镜是一种利用光学非线性效应实现的器件，它可以实现光的自相位调制、波前修正等功能，可应用于激光稳频、激光通信系统等领域。
3.3 光学非线性晶体光学非线性晶体是一种常用的非线性光学器件，它具有很强的非线性极化特性，可用于二次谐波发生、频率加倍、光学调制等应用。
4. 非线性光学应用4.1 激光频率加倍激光频率加倍是一种常用的非线性光学应用，它可以实现激光的频率加倍，从而获得更高的激光频率。
光学玻璃材料的非线性光学性能分析
光学玻璃材料的非线性光学性能分析光学玻璃材料在现代光学领域起着至关重要的作用。
它们具有广泛的应用，如光通信、激光技术、光储存等。
然而，随着科技的发展，对光学材料的要求也越来越高。
而光学玻璃材料的非线性光学性能正是其中的一大关键。
非线性光学性能是指材料在电磁波作用下，出现非线性响应的能力。
简单来说，就是材料对于激光光束的响应不仅与光的强度有关，还与光的频率和相位等其他因素有关。
这种非线性响应可以通过非线性光学效应来描述，主要包括二次非线性效应、三次非线性效应、四次非线性效应等。
首先，让我们来看看二次非线性效应，这种效应是指材料在光场的作用下，能够生成频率加倍的二次谐波。
与线性材料只能发生一次频率变化不同，非线性材料能够将激光光束的频率扩展到二次倍频。
这对光学器件的设计和实际应用非常重要，比如在激光显示技术中，使用二次非线性效应可以将激光光束的频率提高，使得显示效果更加清晰。
其次，三次非线性效应是非线性光学性能中的另一个重要方面。
三次非线性效应具有很多种类，如自相位调制（Self-Phase Modulation, SPM）、双光子吸收（Two-Photon Absorption, TPA）等。
自相位调制是指光波在通过材料时，由于介质的非线性响应，光的相位随光的强度而改变。
这种效应可以用于光信号处理、光学数据传输等领域。
双光子吸收是指材料在双光子的作用下发生吸收，这种效应在生物医学成像、光谱学等领域有广泛应用。
最后，我们来介绍一下四次非线性效应。
四次非线性效应在非线性光学中相对较弱，但是它对于光学材料的非线性性能也有一定的影响。
比如四次非线性折射效应能够影响光波在介质中的传播速度和路径，而产生自聚焦、自遏制效应。
这种效应在激光聚焦、光信息处理等方面有着广泛的应用。
综上所述，光学玻璃材料的非线性光学性能是当今光学研究的重要热点。
通过对材料的非线性响应进行分析和控制，可以实现更高效、更精确的光学器件设计。
非线性光学材料与器件
非线性光学材料与器件光学作为一门研究光的传播和相互作用的学科，一直以来都备受关注。
随着科技的不断进步，光学领域也得到了飞速发展。
其中，非线性光学材料与器件作为光学领域的重要组成部分，正逐渐受到越来越多的关注。
非线性光学材料是指在光场作用下，其光学性质随光强的变化而变化的材料。
与线性光学材料不同，非线性光学材料具有非线性光学效应，如二次谐波发生、光学相位共轭、光学调制等。
这些非线性光学效应为光学器件的设计和制造提供了新的思路和方法。
在非线性光学材料中，最常见的是非线性光学晶体。
这些晶体由于其晶格结构的特殊性质，可以实现光的频率倍频、波长转换等功能。
例如，锂铌酸钾晶体是一种常用的非线性光学晶体，它具有很高的非线性光学系数和较宽的透明窗口，可以用于光学频率倍增、波长转换等应用。
此外，还有一些有机非线性光学材料，如聚合物、有机晶体等，具有较高的非线性光学效应和较宽的光学透明窗口，适用于光学调制、光学开关等器件的制造。
除了非线性光学材料，非线性光学器件也是非线性光学领域的重要研究方向。
非线性光学器件是利用非线性光学效应来实现光的调制、传输和处理的器件。
其中，最常见的非线性光学器件是光学调制器。
光学调制器可以通过改变光的强度、相位或频率来实现光的调制。
它在光通信、光存储、光计算等领域有着广泛的应用。
此外，还有光学开关、光学放大器、光学相位共轭器等非线性光学器件，它们都是利用非线性光学效应来实现光的控制和处理。
非线性光学材料与器件的研究不仅对光学领域具有重要意义，而且对其他领域也有着广泛的应用。
例如，在光通信领域，非线性光学材料和器件可以用于实现光纤通信的高速传输和波长转换。
在光存储领域，非线性光学材料和器件可以用于实现高密度的光存储和光存储器件的制造。
在光计算领域，非线性光学材料和器件可以用于实现光学计算和光学逻辑门的设计。
然而，非线性光学材料与器件的研究还面临着一些挑战。
首先，非线性光学效应的强度和效率需要进一步提高。
光学材料中的非线性光学效应研究
光学材料中的非线性光学效应研究光学材料是指能够与光进行相互作用的材料，其性能对于光学器件和光学通信等领域的发展至关重要。
在光学材料中，非线性光学效应是一种重要的现象，它可以使光的传输和调控具有更多的灵活性和功能性。
非线性光学效应是指光在材料中传播时，与光场的强度非线性相关，即光的响应不仅与入射光的强度有关，还与光的强度的高次方或高次幂相关。
这种非线性关系使得光学材料在光学器件中具有更加复杂和多样的光学特性。
在非线性光学材料中，最常见的非线性效应是二次谐波发生、和频和差频发生以及自聚焦效应等。
二次谐波发生是指当入射光通过非线性材料时，会产生频率是入射光频率的二倍的二次谐波。
和频和差频发生则是指两束不同频率的光在非线性材料中相互作用时，会产生和频和差频的光。
自聚焦效应是指入射光在非线性材料中传播时，由于光的强度非线性增加，导致光束的横向尺寸减小。
非线性光学效应在光学器件中有着广泛的应用。
例如，二次谐波发生可以用于实现频率加倍器和光学调制器等器件；和频和差频发生可以用于实现光学混频器和光学放大器等器件；自聚焦效应可以用于实现光学开关和光学限幅器等器件。
这些器件的应用范围涵盖了光通信、光存储、光计算和光学成像等领域。
为了研究非线性光学效应，科学家们需要设计和合成具有特定结构和性能的光学材料。
例如，通过改变材料的晶体结构、掺杂特定的杂质或者制备纳米结构等方法，可以调控材料的非线性光学性能。
此外，科学家们还通过研究非线性光学效应的机制和理论模型，来解释和预测材料的光学特性。
近年来，随着纳米技术和材料科学的发展，非线性光学材料的研究取得了很大的进展。
例如，金属纳米颗粒和二维材料等新型材料被广泛应用于非线性光学器件的设计和制备中。
这些材料具有较高的非线性光学系数和较低的损耗，可以实现更高效、更紧凑的光学器件。
总之，非线性光学效应是光学材料中的重要现象，它为光学器件的设计和制备提供了更多的可能性。
通过研究非线性光学效应的机制和探索新型材料，我们可以不断提高光学器件的性能和功能，推动光学通信和光学技术的发展。
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非线性光学材料一、概述20 世纪60 年代, Franken 等人用红宝石激光束通过石英晶体,首次观察到倍频效应,从而宣告了非线性光学的诞生，非线性光学材料也随之产生。
定义：可以产生非线性光学效应的介质（一）、非线性光学效应当激光这样的强光在介质传播时，出现光的相位、频率、强度、或是其他一些传播特性都发生变化，而且这些变化与入射光的强度相关。
物质在电磁场的作用下,原子的正、负电荷中心会发生迁移,即发生极化,产生一诱导偶极矩p 。
在光强度不是很高时,分子的诱导偶极矩p 线性正比于光的电场强度E。
然而,当光强足够大如激光时,会产生非经典光学的频率、相位、偏振和其它传输性质变化的新电磁场。
分子诱导偶极矩p 就变成电场强度E 的非线性函数,如下表示:p = α E + β E2 + γ E3 + ⋯⋯式中α为分子的微观线性极化率;β为一阶分子超极化率(二阶效应) ,γ为二阶分子超极化率(三阶效应) 。
即基于电场强度E 的n 次幂所诱导的电极化效应就称之为n 阶非线性光学效应。
对宏观介质来说,p = x (1) E + x(2) E2 + x (3)E3 + ⋯⋯其中x (1) 、x(2) 、x(3) ⋯⋯类似于α、β、γ⋯⋯,表示介质的一阶、二阶、三阶等n 阶非线性系数。
因此,一种好的非线性光学材料应是易极化的、具有非对称的电荷分布的、具有大的π电子共轭体系的、非中心对称的分子构成的材料。
另外,在工作波长可实现相位匹配,有较高的功率破环阈值,宽的透过能力,材料的光学完整性、均匀性、硬度及化学稳定性好,易于进行各种机械、光学加工也是必需的。
易于生产、价格便宜等也是应当考虑的因素。
目前研究较多的是二阶和三阶非线性光学效应。
常见非线性光学现象有：①光学整流。
E2项的存在将引起介质的恒定极化项，产生恒定的极化电荷和相应的电势差，电势差与光强成正比而与频率无关，类似于交流电经整流管整流后得到直流电压。
②产生高次谐波。
弱光进入介质后频率保持不变。
强光进入介质后，由于介质的非线性效应，除原来的频率ω外，还将出现2ω、3ω、……等的高次谐波。
1961年美国的P.A.弗兰肯和他的同事们首次在实验上观察到二次谐波。
他们把红宝石激光器发出的3千瓦红色（6943埃）激光脉冲聚焦到石英晶片上，观察到了波长为3471.5埃的紫外二次谐波。
若把一块铌酸钡钠晶体放在1瓦、1.06微米波长的激光器腔内，可得到连续的1瓦二次谐波激光，波长为5323埃。
非线性介质的这种倍频效应在激光技术中有重要应用。
③光学混频。
当两束频率为ω1和ω2（ω1＞ω2）的激光同时射入介质时，如果只考虑极化强度P的二次项，将产生频率为ω1＋ω2的和频项和频率为ω1－ω2的差频项。
利用光学混频效应可制作光学参量振荡器，这是一种可在很宽范围内调谐的类似激光器的光源，可发射从红外到紫外的相干辐射。
④受激拉曼散射。
普通光源产生的拉曼散射是自发拉曼散射，散射光是不相干的。
当入射光采用很强的激光时，由于激光辐射与物质分子的强烈作用，使散射过程具有受激辐射的性质，称受激拉曼散射。
所产生的拉曼散射光具有很高的相干性，其强度也比自发拉曼散射光强得多。
利用受激拉曼散射可获得多种新波长的相干辐射，并为深入研究强光与物质相互作用的规律提供手段。
⑤自聚焦。
介质在强光作用下折射率将随光强的增加而增大。
激光束的强度具有高斯分布，光强在中轴处最大，并向外围递减，于是激光束的轴线附近有较大的折射率，像凸透镜一样光束将向轴线自动会聚，直到光束达到一细丝极限（直径约5×10-6米），并可在这细丝范围内产生全反射，犹如光在光学纤维内传播一样。
与自聚焦同样原理的另一种现象叫自散焦。
⑥光致透明。
弱光下介质的吸收系数（见光的吸收）与光强无关，但对很强的激光，介质的吸收系数与光强有依赖关系，某些本来不透明的介质在强光作用下吸收系数会变为零。
（二）、非线性光学材料种类1、无机非线性光学晶体2、有机非线性光学晶体3、无机- 有机杂化材料等（三）、应用：广泛应用于激光技术和光谱技术1、在倍频激光器中获得倍频光2、用作光学参量振荡器，制成宽光谱范围的课调谐单色光源3、实现将红外光变为可见光的频率转换4、被认为是用于开发光计算机的关键材料二、常见的非线性光学材料2. 1 无机非线性光学材料在二次非线性光学材料应用上,无机材料很长时间处于主要地位,取得了巨大的进展,至今已在许多装置中获得应用。
与有机材料比,无机材料通常更稳定,它们中许多材料都允许各向异性离子交换,使之可用于导波器材料,并且它们都有比有机材料纯度更高的晶体形式。
其中包括KTP ( KTiO2PO4 ) 型材料、KDP ( KH2 PO4 ) 型材料、钙钛矿型(LiNbO3 、KNbO3 等) 材料、半导体材料( Te 、Ag3AsS3 、CdSe 等) 、硼酸盐系列材料(包括KB5 、BBO、LBO 和KBBF) 等,另外还有如沸石分子筛基材料、玻璃型和配合物型材料等。
2. 1. 1 KDP 型晶体主要包括KH2 PO4 和四方晶系的一些同构物及其氘代物晶体等。
此类晶体生长简单,容易得到高质量的单晶,能够得到90°的相位匹配,适合于高功率倍频。
虽然它们的非线性系数较小,但在高功率下并不妨碍获得高的转换效率。
2. 1. 2 KTP 型晶体主要包括KTiOPO4 以及正交晶系的同构物等。
KTP 晶体具有非线性系数大,吸收系数低,不易潮解,很难脆裂,化学稳定性好,易加工和倍频转换效率高等优点,是一种优良的非线性光晶体,但紫外透过能力差限制了它在紫外区的应用。
2. 1. 3 硼酸盐晶体如偏硼酸钡(BBO) ,三硼酸锂(LBO) 等。
此类晶体的共同特点是紫外透光范围特别宽。
其中BBO 和LBO 的优点是非线性系数大,转换效率高,透光范围宽,光损伤阈值高,化学稳定性好和易于机械加工。
2. 1. 4 半导体材料如Te 、Ag3AsS3 、CdSe , GaP , GaAs , α一SiC和β一SiC 等,通过调节材料的能隙,有效地改变电子的跃迁几率,从而控制材料的非线性光学响应。
此类材料大多具有较高的非线性光学系数,缺点是晶体质量不高,光损伤阈值太低。
2. 1. 5 钙钛矿型晶体主要包括LiNbO3 、Li TaO3 以及不同Li/ Nb原子比的LixNbyO3 型铁电晶体等。
它们都具有较好的非线性光学效应,已被广泛地应用。
铌酸锂单晶是一种具有优良的线性和非线性光学特性的铁电材料,具有较大的电光系数、宽的光透射范围以及优异的热稳定性和化学稳定性,是广泛用于制造电光调制器、电光偏转器、电光开关及制造集成光学器件十分理想的无机晶体材料。
同时,铌酸锂的压电性能又使它成为制造超声换能器、声表器件的关键材料,可用于视频和微波信号处理。
目前铌酸锂绝大部分用于远程通信。
但铌酸锂容易产生光损伤,限制了它在较强激光场合中的应用。
2. 1. 6 沸石分子筛基材料通过沸石分子筛基的分子组装,可以得到非线性光学材料的纳米团簇。
因为某种分子筛只能允许一定大小的分子进入,其孔道结构在组装过程中的作用极其重要。
目前研究较多的是在沸石中组装有机非线性光学效应物质。
如在分子筛的孔道内聚合生长的聚合物,微观有序性较好,避免了聚合物分子有序性易被破坏的缺陷。
同时作为基体的分子筛对客体有机分子起到保护作用,增强了客体的光热稳定性。
另外,可以通过调节分子筛骨架电化学组成而改变其介电常数,调节主客体之间的影响,从而增强非线性光学效应。
又如,对某些有对称中心的有机分子在某些分子筛中组装之后产生非线性光学效应。
如在A1PO4 一5 分子筛中利用气相装载的方法组装对硝基苯胺后发现生成的包容化合物表现出一定的倍频效应,可能A1PO4 一5 无对称中心结构导致,而有对称中心的沸石不产生这种影响。
2. 1. 7 玻璃非线性光学材料玻璃的非线性光学效应大多是由于材料的原子或离子在强光电场的照射下的非线性极化所引起的共振效应。
玻璃虽具有各向同性,但在受到如电极化、热极化、激光诱导极化、电子束辐射极化等作用时,可使其结构发生变化,在微小的区域内产生相当强的定向极化,从而打破玻璃的反演对称性,使其具有二阶非线性光学效应。
可用于制备二倍倍频器、杂化双稳器、紫外激光器,红外激光器、电光调制器等。
利用玻璃的三阶非线性光学效应可制备超高速光开关、光学存储器、光学运算元件、新型光纤等。
如碲铌锌系统玻璃就是一种性能优良的三阶非线性光学玻璃材料。
在碲铌锌系统玻璃中引入稀土离子,利用其4f 电子的跃迁提高谐波光子激发的可能性,从而提高玻璃的三阶光学非线性。
由于玻璃组成多样,性能优越、透光性好、良好的化学稳定性和热稳定性、易于制作和加工和易于掺杂等一系列优点,日益引起人们的重视,也是一类有较好应用前景的非线性光学材料。
2. 2 有机非线性光学材料在非线性光学材料研究初期就发现尿素、苦味酸、二硝基苯胺等一系列有机物具有非线性光学效应。
由于具有大的非定域π共轭电子体系的有机分子有较强的光电耦合特征,所以能得到高的响应值和比较大的光学系数。
八十年代以后,有机非线性光学材料迅速发展起来。
有机材料相比无机材料具有非线性光学系数高、响应快速、易于修饰、光学损伤阈值高、易于加工及分子可变性强等优点。
目前发现或合成的有机非线性光学材料很多,包括各类有机低分子非线性光学材料、高聚物非线性光学材料、金属有机配合物非线性光学材料等。
2. 2. 1 有机低分子非线性光学材料主要包括如尿素及其衍生物,希夫碱系化合物,偶氮化合物,二苯乙烯类化合物,稠杂环化合物,酞菁类化合物,有机盐类等一系列含发色团的具有π共轭链的近紫外吸收的小分子化合物材料。
有机分子具有大的离域的π电子共轭结构,易被极化,具有较大的非线性光学系数,易于设计和裁剪组合,易于加工成型,便于器件化。
另外,它们成本相对较低,介电常数低,光学响应快以及与铁电无机晶体可比拟或远远超过的非共振光学极化率。
所以可通过分子设计并合成的方法改变结构开发出新型结构材料。
2. 2. 2 高聚物非线性光学材料高聚物非线性光学材料不仅具有非线性光学系数大,响应速度快,直流介电常数低等优点,而且由于分子链以共价键连接,机械强度高,化学稳定性好,加工性能优良,结构可变性强,可制成如膜、片、纤维等各种形式。
在光调制器件,光计算用的神经网络,空间光调制器,光开关器件以及全光串行处理元件等许多方面具有广阔的应用前景。
在合成高聚物非线性光学材料时,虽然高分子本身具有非中心对称单元,但其偶极矩的取向无规律,其非线性光学性能较弱。
因此可通过外加电场,使分子的取向定向排列,从而增强其非线性光学性能。
高分子链的极化取向要在玻璃化转变温度以上才能发生,而取向冻结要在玻璃化转变温度以下,这样要求高分子材料具有较高的玻璃化转变温度。