非线性光学

一、引 言 激光出现之前的光学是研究弱光束在介质中的传播、反射、折射、干涉、衍射、线性吸收与线性散射等现象的科学.这些现象是满足波的线性迭加原理的.现在称之为线性光学.而将强光在介质中出现的很多新现象[1],如谐波的产生、光参量振荡、光受激散射、自聚束、多光子吸收、光致透明和光子回波等现象的研究称为非线性光学,波的线性迭加原理不再成立. 光电场作用下,原子或分子正负电荷中心发生位移,称为极化,并在宏观上出现电极化矢量,表达为 P=X1·E X2:EK X3:EEE … (1)式中E为电场强度矢量; X1为线性极化系数,是线性光学研究的…     

硅材料场致等效二阶极化率张量的研究

具有反演对称中心的硅单晶在电场作用下体内的反演对称中心消失,因而理论上应产生偶数阶非线性极化率。从理论上根据矢量与张量的作用,利用(eχf2f)=χ(3).E这一关系和张量变换理论系统地阐述了硅材料在内建电场或外加电场的作用下,具体在方向分别沿[111][、110]和[001]的电场作用下,得到的等效二阶极化率张量(eχf2f)分别与C3v、C2v和C4v点群的二阶极化率张量具有相同的形式,说明在物理性质方面,硅的对称性由Oh群在相应方向电场作用下分别被降低为C3v、C2v和C4v群,因此应该具有相应对称性晶体的二阶非线性光学性质;提出了电场E沿任意方向时硅的等效二阶极化率张量e(χf2f)的计算方法,对研究硅材料和其他具有反演对称中心材料的场致二阶非线性光学性质实验具有指导意义。     

中远红外非线性光学晶体研究进展

3—5μm和8—12μm波段中远红外激光,在国防和民用领域均具有广泛的应用,作为全固态激光频率转换系统的核心部件,非线性光学晶体需要不断地优化和发展.本文从红外非线性光学晶体材料组成角度出发,总结了几种具有重大应用前景的磷族化合物(ZnGeP_2,CdSiP_2)、硫属化合物(CdSe, GaSe, LiInS_2系列,BaGa_4S_7系列)以及准位相匹配晶体(OP-GaAs, OP-GaP)等中远红外波段非线性光学晶体的研究进展.     

新型非线性光学材料──有机分子晶体与共轭聚合物晶体

许多光学现象如低强光下的电光效应、光弹效应,高强光下的光混频以及一些光散射效应,都在非线性光学之列.其中二阶非线性光学过程在非线性光学器件、远距离通讯和光混频中有着广泛的应用,因而研究十分活跃.但是,迄今多数研究限于无机绝缘体和半导体,因为人们对无机电介质的介电、压电、铁电性质,以及半导体中的输运现象的研究比较深入,对这些材料的性能比较熟悉. 七十年代以来,有机分子晶体和共轭聚合物晶体的非线性光学性质引起人们极大的兴趣.因为有机材料的二阶非线性光学系数极高(在许多情况下,比最好的无机晶体如KDP和LiNbO3高一个…     

α—碘酸锂晶体基础研究综述

碘酸锂(LiIO3)晶体在常温常压下有两种稳定存在的异型体:一种叫β-LiIO3,空间群为C44h(P42/n)[1],点阵常数a=9.733A,c=6.157A,属于中心对称类型;另一种叫a-LiIO3,其空间群为 C66(P63)[2],点阵常数 a=5.482A,c=5.171A,是电极性晶体. α-LiIO3不但作为一种优良的光学非线性材料[3,4]在国内外被广泛地应用,而且在我国将它用于超声探伤和超声测厚技术[5]取得了良好的结果,并且以在静电场作用下的一系列特殊性质而引人注目.我国科学工作者对α-LiIO3晶体作了深入的多方面的基础研究,现将结果概括如下: 一、α-LiIO3的绝对构型和旋光性…     

无铅陶瓷中的电致伸缩效应

电致伸缩是一个二次方效应,应变正比于极化强度的平方,比例系数称为电致伸缩系数[Qij].一般固体电介质都能产生电致伸缩效应.对立方晶系的材料来说,电致伸缩系数张量为 当外加电场沿方向1时,E2=E3=0,纵向应变为通过测量材料的应变与外加电压的关系Xi～Vi,和极化强度与外电场的关系P1～Ei,就可以求得电致伸缩系数 电致伸缩效应在天文学、光学通信、激光调制等方面有着广泛的应用.与压电效应相比,它具有重复性好,不需极化,无老化问题等优点.电致伸缩是一个二次方效应,一般较小,不易观察到.已经发现,在具有扩散相转变特征的铁电固溶体中,当…     

用X射线光电子能谱确定2KIO_3·HCl晶体的化学结构

一、引 言 碘酸盐晶体作为非线性光学材料引起人们广泛的关注[1-4];因2KIO3·HCl晶体有其特殊的倍频效应和压电效应,所以被人们用来作为非线性光学和压电材料应用的研究.然而对其结构的研究至今未公开报道,在研究该晶体的生长中,文献[5]曾把它的化学结构式写为KIO3·KCl·HIO3,显然这种结构式表达了晶体中存在不等同晶格位的K和I原子. 人们知道,近年发展起来的X射线光电子能谱(XPS)广泛用于化合物结构的研究中,其化学位移效应用于区分固体物质中处于不等同晶格位的给定元素的原子,这已成为该技术的基本功能之一[6,7].为此,我们对2K…     

磁场中与形变势相互作用的表面极化子的有效质量

近年来 ,磁场中极性晶体表面极化子的性质已引起人们的广泛关注。Ｌａｒｓｅｎ[1 ] 采用四级微扰法计算了磁场中二维极化子的基态能量。Ｗｅｉ等[2 ] 用格林函数方法研究了交界面磁极化子的回旋共振质量和频率。本文作者之一[3] 用线性组合算符讨论了磁场中表面极化子的性质。实际上 ,到目前为止 ,对表面磁极化子的研究 ,只限于考虑表面电子只与表面光学 (ＳＯ)声子和体纵光学 (ＬＯ)声子相互作用 ,而忽略了表面电子与表面声学 (ＳＡ)声子相互作用。对电子通过形变势与晶格声学振动相互作用形成的准粒子 声学形变势 (ＡＤＰ)极化子性质的研…     

第二届全国激光新晶体材料学术会议简讯

由中国光学学会和中国硅酸盐学会共同组织的第二届全国激光新晶体材料学术会议于1983年11月25-29日在泉州市华侨大学陈嘉庚纪念堂举行.通过46篇学术论文的交流和讨论,反映出我国近三年来激光与非线性光学新晶体研究工作的蓬勃发展. 激光晶体的研究重点是:1.终端声子跃迁的可调谐激光晶体,主要有Cr～(3+):BeAl_2O_4和Ni2+:MgF_2。通过晶格动力学与晶格场理论相结合的分析探索新的基质晶体;2.稀土自激活小型激光晶体.积极研制跃迁通道丰富的HO～(3+),Er～(3+)激活晶体.对TbxDy_(1-N);P_5O_(14),Er-x(Gd,Y)1_(1-x)Al_3(BO_3)_4LiNd_(…     

长程电子关联对聚合物中激子极化率的影响

本文研究了在外电场下高分子的线性极化率和三阶非线性极化率,发现电子-电子相互作用使激子线性极化率χ(1)xx和三阶非线性极化率χ(3)xxxx都降低,而长程电子关联效应的作用更进一步降低χ(1)xx和χ(3)xxxx.准确地计算高分子聚合物的极化率可以更好的理解共轭聚合物的长程电子关联对有机分子线性和非线性响应的影响,确定其结构与非线性光学性质的关系.     

非晶态Si/SiN_x超晶格材料的发光与非线性光学特性

采用射频磁控反应溅射技术制备了a-Si/SiN_x超晶格材料,并采用热退火技术对材料进行处理。利用吸收光谱和X射线衍射谱对材料进行表征,结果表明Si层呈现非晶态。为研究材料的三阶非线性光学特性,对材料进行Z扫描研究,测量数据表明,材料的非线性吸收为反饱和吸收,材料非线性折射率呈现为负值,该材料的χ(3)的实部为4.57×10~(-17)C(1.39×10~(-7)esu),虚部为1.49×10~(-17)C(4.48×10~(-8)esu),该极化率数值比体硅材料的χ(3)值大5个数量级。对该材料非线性光学产生的机理进行了研究,认为材料体现出的较强的量子限制效应是非线性极化率增强的主要来源。     

两组份复合材料光学非线性性质的临界行为

对两组份非线性复合材料的光学非线性性质的临界行为进行了研究。考虑第一组份为非线性材料,其电流、电压间服从I=g1V x1V^β关系;而第二组份为线性材料,电流、电压间满足I—g2V,其中g1,x1是第一组份的线性电导和光学非线性极化率,g2是第二组份的线性电导,β是第一组份材料的光学非线性指数。分别采用了有效介质近似和相对电阻涨落的标度理论两种方法计算了系统有效响应的临界指数随光学非线性指数及维数的变化规律。用不同的方法得到系统的有效线性电导g和有效光学非线性极化率xe(β)的临界指数M(β)和N(β)的结论也不同。有效介质近似得到M(β)=1和N(β)=(β 1)/2,即M(β)与β和d都无关,而N(β)只与有β关而与d无关;而相对电阻涨落标度理论方法得到的M(β)和N(β)与β和d都有关。     

近化学计量比钽酸锂晶体生长及其周期极化

通过添加助熔剂K2O,制备了近化学计量比钽酸锂晶体。晶体没有开裂和孪晶现象。晶体的居里温度为(673±0.4)℃。通过在晶片表面形成占空比60%的聚酰亚胺周期结构并利用LiCl饱和溶液体电极施加极化电压,采用自动极化技术,制备出Z向切割0.5 mm厚的均匀周期极化化学计量比钽酸锂(SLT)晶片,晶片的畴反转占空比接近50%,并以1064 nm的Nd+3…YVO4激光器作为抽运源进行了光学实验。     

一种有希望的新型非线性光学材料──二阶非线性有机材料

自激光问世以来,非线性光学有了迅速的发展。第一批被广泛应用的非线性光学材料是无机晶体。有机材料的非线性光学性质,只是在近年来才有较广泛深入的研究。　　Kurtz和 Perry在 1968年发明了测定材料的非线性系数的“粉末法”。该方法无须生长出大块晶体,只要用材料粉末就能大致测定其非线性系数的大小。后来人们测量过许多有机材料的粉末,发现有些粉末能产生相当强的二次谐波,还认识到非线性的大小与分子结构中的配对结合有关系. 在70年代中期,美国贝尔实验室和法国CNET的两个研究小组各自独立地发展了一种“溶液法”(更确切地说,称为…     

非线性光学的发展与应用

一、引言 1960年激光问世后不久,光学领域中一门称之为“非线性光学”的新学科随之发展起来。所谓“非线性光学”是基于光与物质的非线性作用的一门学科。在传统光学中,光波作用下原子或分子的极化P与光波电场强度E成线性关系。然而在强激光作用下,上述线性关系必须用更一般的函数关系取代:P=f(E)。在很多情况下,P与E     

Be2-非线性光学性质的从头算研究

采用MP2/6-31+G*水平的优化构型,对Be2-的非线性光学性质进行了从头算研究。用UHF方法对Be2-的(超)极化率计算进行了基组优化,排除了基组选择的偶然性。精确选择可以得到稳定(超)极化率的电场范围,用FF方法计算了Be2-的超极化率。得到了Be2-的UHF方法可靠的无微扰能量E和轴向极化率极限结果,报道的轴向超极化率也接近UHF极限。推荐基组39s16p4d1f的计算结果是：E=-29.1336456593,=439.6466994,= 。     

新型橙黄色荧光粉SrMoO_4…Pr~(3+),B~(3+),Li~+的制备及发光性能研究

采用高温固相法合成了SrMoO4…Pr3+,B3+,Li+新型橙黄色荧光材料,并对其结构、形貌和发光性质进行了研究。X射线衍射(XRD)测量结果表明在1200℃下制备的样品为纯相SrMoO4晶体。样品的形貌在扫描电镜(SEM)显示下有不规则的外形但分散性良好。掺杂电荷补偿剂的荧光粉样品激发光谱由电荷转移跃迁(CT)带和Pr3+离子的特征激发峰组成,主激发峰位于448nm(3 H4→3P2)、473nm(3 H4→3P1)和487nm(3 H4→3P0);其发射光谱由一系列锐谱峰组成,分别位于529nm(3P1→3 H4,5)、545nm,553nm(3P0→3 H5)、600nm(1 D2→3 H4)、617nm(3P0→3 H6)和645nm(3P0→3F2),最强发射峰为645nm。B3+和Li+的掺入,能明显提高该荧光粉的激发与发射峰的强度,最佳掺杂摩尔分数为0.15%B3+和0.35%Li+。     

p-HPcCo和p-HPcZn的非线性光学性质研究

采用皮秒Z-扫描技术研究了两种不同中心金属取代的酞菁配合物2,9,16,23-四-(对羧基苯氧基)酞菁钴(p-HPcCo)和2,9,16,23-四-(对羧基苯氧基)酞菁锌(p-HPcZn)的非线性光学性质,并从离域电子共轭结构理论和共振、非共振增强理论进行了分析.结果表明:吸电子能力强的金属离子Zn2+ 取代的p-HPcZn的吸收带相对于Co2+ 取代的p-HPcCo略有红移|两种样品均具有正的三阶非线性极化率,共振增强使得p-HPcZn和p-HPcCo的三阶非线性极化率在532 nm条件下比1 064 nm条件下增强了近两个量级,中心金属离子强的吸电子能力使得p-HPcZn的三阶非线性极化率大于p-HPcCo,并在532 nm激发时,χ(3) 具有最大值1.76×10-10 esu.     

适用于全光开关的[(C3H7)4N][Au(C3S5)2]三阶非线性光学性质研究

合成了一种金属有机配合物[(C3H7)4N][Au(C3S5)2].配制了浓度为1×10－3 mol/L的[(C3H7)4N][Au(C3S5)2]/乙腈溶液,并用旋涂法制备了掺杂浓度质量比为1%的[(C3H7)4N][Au(C3S5)2]/PMMA复合薄膜.运用Z扫描方法,分别研究了样品溶液和薄膜在波长为1 064 nm,脉宽为20 ps条件下的三阶非线性光学性质.研究发现薄膜的三阶非线性极化率χ(3)比溶液高出三个数量级.其中,薄膜的非线性折射率n2为－1.76×10－15 m2/W、三阶非线性极化率χ(3)为9.37×10－10 esu.结果表明,该材料在全光开关方面具有潜在的应用价值.     

ZnS掺Mn2+电子结构和光学性质的第一性原理计算

在广义梯度近似下,利用平面波赝势对ZnS(闪锌矿, F-43m)和Mn2+掺杂的ZnS超晶胞的电子态密度、原子间电子云重叠布局数和光学性质等进行了自恰计算。自旋极化的计算结果显示,掺入Mn2+离子后态密度整体向低能方向移动,在禁带中出现了由Mn 3d、Zn3d与S 3p组成的新态。电子云重叠布局分析了掺杂前后价键性质的变化,解释了磁性离子Mn2+导致Zn和S出现不对称的自旋向上和自旋向下态的机理。复介电系数谱图向高能方向迁移,并且在0到2.7eV范围内出现一个新的尖峰,利用晶体场理论和态密度,对改介电峰进行了指认,为研究此类材料光学性质提供了一定理论依据。