磁性颗粒材料的有效非线性三阶极化率分析 --毕业论文.doc
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【标题】磁性颗粒材料的有效非线性三阶极化率分析
【作者】王 图 强
【关键词】磁性颗??非线性电导??光学非线性??非线性极化率
【指导老师】郑 勇 林
【专业】物理学
【正文】1. 引言在外电场或磁场作用下,颗粒状金属杂质随机分布在均匀绝缘基质中形成复合介质时,具有奇特的电输运、电光、磁光等性质【1~2】,由于非线性非均匀性的交互作用使得复合介质系统的电输运、电光、磁光等性质变得十分复杂,因此吸引了众多学者对这类复合介质的研究【3~4】在文献[3]杜松涛?熊贵等人就对复合金属纳米颗粒多孔硅的光学非线性特性进行了研究,本篇文献中,文章中作者根据多孔硅中的量子限制效应和金属颗粒与电磁场相互作用的Mie理论及非线性光学的基本原理,提出用复合金属纳米颗粒多孔硅微结构的计算模型,分析了复合金属纳米颗粒多孔硅的非线性光学性质,计算了复合多孔硅的场增强因子,最后得到了在不同的金属颗粒含量时,复合体系的三阶极化率随入射光波长变化而变化。在文献[15]中,邓燕?王沛?等人在对金属颗粒复合介质膜的有效非线性光学的研究中,利用退耦近似法得到了非线性效应随入射频率的变化关系,结果表明在表面等离子体共振频率附近三阶非线性效应随体积分数的增加而增加,但是当体积分数增加到一定值时由于粒子之间的相互作用对局域场的影响导致了?三阶非线性效应的降低。复合介质系统在低频情况下,其非线性是决定介质击穿,高掺杂半导体跳跃电导性等属性对电场依赖的主要原因;在有限频率,一些材料在电场中的分布电流与电场的依赖关系也是非线性光学研究的基础。尤其是这些非线性特性在逾越点附近有所增强。例如文献[5]研究了将CdS“量子点”种入绝缘基质中,并通过计算测量揭示:由于掺杂小颗粒作用,使复合介质在特殊频率上的非线性极化率增强。但是这种非线性极化率增强的机制研究目前还不深入,对不同非线性介质极化率的精确计算表达式也有待进一步的确定。针对这些问题本文希望从非线性光学的基本理论,导出颗粒系统的非线性极化率关系。2. 非线性电导率的理论分析现在,要找出一个电荷对它邻近的电场是怎样作用的,一点上的电场和它邻近的电场又是怎样联系的,即要找出电荷和电场相互作用规律的微分形式,而在导体表面或其他边界上场和电荷的相互作用关系则由边值关系和边界条件反映出来。在介质的分界面上,电场满足的边值关系为????????????????????????????(2-1)且为电势所满足的边值关系。图1折射图如上图1?,在介质分界面附近取两点1和2,而???????????所以?????????????????????????(2-2)也就是说,在两种不同介质的分界面上,电势???满足的关系为???????????????????????(2-3)????在介质与导体的分界面上的情况由于静电平衡条件,我们知道:导体内部??;导体表面上的场强与表面⊥导体是等势体;导体内无电荷分布(??????????),电荷只分布在导体的表面上(???????????),如图2所示因此,在导体与介质的分界面上;??即???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????(2-4)归纳起来,静电场的基本问题是:求出在每个区域(均匀)内满足泊松方程,在所有分界面上满足边值关系和在所研究的整个区域边界上满足边界条件的电势的解。在零频率或有限频率的情况下,假设电流密度J是对局域电场E相关,其非线性方程为? (2-5)这里?和?是线性和非线性介质电导。因为介质是不均匀又是非线性,因而?和?依赖于坐标。在方程(2-5)中若假设所有不均匀介质成分有反演对称,那么介质在电场中非线性项是三阶的。对于方程(2-5),当加上静电方程,即??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????(2-6)???????????????和固有边界条件,则原则上,只要给出不同种不均匀的几何参数,就可求关于J、E边值问题的解。而方程(2-6)暗指电场E为电势梯度的负值,即?????????????????? (2-7)事实上,方程(2-6)、(2-7)不仅仅是对非均匀导体适用,对其它非线性问题也同样可用这组方程描述。如:电位移D和电场E之间的非线性相关,下面进一步讨论这种情况。为了便于选择边界条件,假设不均匀导体是被表面S包围,其体积为V。则在S上边界条件是????????????????????????,?????????????
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