银表面等离子谐振引起的三阶光学非线性特性的研究【开题报告】.doc
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毕业设计开题报告
通信工程
银表面等离子谐振引起的三阶光学非线性特性的研究
选题的背景与意义
从技术领域到研究领域,非线性光学的应用都是十分广泛的。例如:利用各种非线性晶体做成电光开关和实现激光的调制;利用光学参量振荡实现激光频率的调谐;利用各种非线性光学效应,特别是共振非线性光学效应及各种HYPERLINK /view/971053.htm瞬态相干光学效应,研究物质的高激发态及高分辨率光谱等。
研究非线性光学对激光技术、HYPERLINK /view/78181.htm光谱学的发展以及非线性全光处理技术在光通信系统中的应用等都有重要意义。非线性光学材料在光通讯、信息处理、射频分配等方面发挥着不可替代的作用。非线性光学研究是各类系统中非线性现象共同规律的一门交叉科学。目前在非线性光学的研究热点包括:研究及寻找新的HYPERLINK /view/971944.htm非线性光学材料。
三阶非线性光学材料由半导体、量子限域的半导体、金属颗粒、有机物和无机玻璃构成[1,2]。三阶非线性光学材料在高频高速光学加工技术中扮演着重要的角色。
纳米颗粒一介电复合材料显示出优良的三阶非线性光学性能,是应用于未来全光器件的理想材料。其中,纳米颗粒的尺寸、浓度、组成和结构,基体的选择,测试方法中选用的激光波长和脉冲宽度等多种因素都对此类复合材料的三阶非线性光学性能有很大的影响,了解这些影响因素对材料的制备和应用具有重要的指导意义。在此基础上,研究指出贵金属纳米颗粒一复合材料具有更加优异的三阶非线性光学性能,是目前的研究热点。
金属纳米颗粒[3]具有较小的尺寸和大的表面体积比,由于量子限制效应和表面效应,表现出特殊的电子和光学性质.迄今为止,研究者们已对金属颗粒[4]掺杂浓度较低的复合材料的性质做了大量研究,而掺杂浓度较高的材料受到的关注较少。
玻璃是非常理想的光子学材料,由于玻璃具有在大部分波段透明、较好的化学稳定性和热稳定性、较高的三阶非线性光学极化率、较快的光响应时间、易于成纤成膜、易于机械光学加工等优点,使其成为全光开关[5]的最佳候选材料之一,受到了研究者的普遍关注 。传统玻璃材料具有非常低的三阶非线性极化率,引入小的金属颗粒后可以大大增强三阶光学非线性[6],金属颗粒的表面等离子体共振可以导致非线性的增强。非线性光学玻璃由于与现有的光纤系统具有相容性和较快的响应速度,因而引起人们的极大兴趣。目前的研究工作集中于各种不同的玻璃系统[7,8],可利用不同的非线性机制来提高非线性性能。随着全光信息处理和光计算机研究的发展,三阶非线性光学玻璃的研究已成为近年来光电子技术领域中最引人注目的研究课题之一。目前三阶非线性光学玻璃的研究方向是寻求非线性光学性能、响应时间、化学稳定性、热稳定性、光学损耗、加工特性及材料成本等诸因素的最佳结合点。
纳米金属颗粒掺杂玻璃和传统的金属复合材料相比,无论在强度比、模量比、耐磨性、导电、导热性能等均有大幅度提高,纳米金属颗粒掺杂玻璃具有极其广泛的应用前景。其主要制备[9]方法有:熔融-淬冷法、离子注入法、离子交换法、溅射沉积法、溶胶-凝胶法、脉冲激光沉积、光辐射、还原气氛处理、和离子辐射。下面对几种常用的制备方法做简单介绍。
①熔融-淬冷法
熔融-淬冷法也称共熔法,是将基础玻璃料与掺杂物混合(一般同时引入还原剂,如:Sb2O3,SnO等),干燥后高温熔融,再冷却成形或先熔制基础玻璃后再粉碎,与掺杂物混合,高温熔融后淬火,最后进行热处理。通过调节热处理的温度和时间来控制析出纳米颗粒的尺寸及分布。
②离子注入法
在玻璃表面进行离子注入,通过选择注入离子种类、剂量、能量、基质温度和后续热处理温度等参数来控制纳米颗粒在玻璃表面和近表面层析出。
③离子交换法
离子交换法主要是通过低共熔盐的不同离子在还原气氛下退火使金属离子还原,通过热处理使金属原子聚集长大,纳米金属颗粒在玻璃与低共熔盐的界面及近表面层析出。
④溅射沉积法
将金属或半导体掺入玻璃基体原料中做成靶材或将金属或半导体放在基体玻璃上共同溅射后高温退火可制得纳米金、银等颗粒掺杂玻璃。
⑤溶胶-凝胶法
溶胶-凝胶法通常将半导体颗粒原料或金属盐直接引入溶胶,制成干胶后进行热处理析出纳米颗粒。
⑥脉冲激光沉积
该法是通过热、激光、电子束照射含金属或半导体掺杂物的玻璃原料做成的靶材,使之在基板上沉积成掺杂金属或半导体纳米颗粒的玻璃薄膜。
⑦光辐射法
该方法是先熔制出掺杂了功能金属离子的玻璃,通过光的作用使金属离子还原,提供电子的源可为共掺的离子或玻璃基体中的活性侧位,然后在一定的温度下进行热处理,金属原子扩散聚集成纳米金属颗粒,在激光聚焦照射的位置产生析出。
银具有很好的延展性,其导电性和传热性在所有的金属中都是最高的,且银比金便宜,易被还原。
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