三阶非线性光学材料
三阶非线性光学材料聚氨酯-酰亚胺的合成研究
Ｋｅｗ ｒ ｓ ｐ ｌ ｕｅ ａｅ ｍ ｄ ） ｎｎ ｎａ ｏｔ ｓ ｅｍ ｏｈ ｒ ｄｎｉ ｙ ｏｄ ｏ ｙ（ｒｔｎ —ｉ ｅ ｏｌ ｅｒ ｐｉ ｈ ｍ ｐｏｅ ｅｓｙ ｈ ｉ ｉ ｃ ｔ
的热 失重 温度 为 ２７ ， 明具有 很好 的热 稳定性 ； 了 聚合 物 的发 色团 密度 ， 结 果 和理 论计 算 值非 常接 近 ， 明 聚合 反 ｌ℃ 表 测定 其 表 应是 按计 量进 行的 ； 简单 的 比色 法测定 了聚合 物材 料 的三 阶非 线 性光 学系数 【为 ２４ Ｘ１一 ｅｕ 采用 ３ ） ． “ ｓ。 ２ ０ 关 键 词 聚 （ 酯 一酰 亚 胺 ） 三 阶非 线 性 光 学 发 色 团 密 度 氨
ｄ ｓ ｙ ａ Ｔ Ｉ ｎｄｄ ｐｒ ｄｒ ９（ Ｒ一１ ） ｔｅ ａ ｓｄｔ ｓｎ ｅｉ ｄｐｌ ｕｅ ａｅ ｍ ｄ ）（ Ｕ ） ｉ ｉｏ ａ ｔ Ｄ ）ａ ｉ ｅ ｅ ｄ １ Ｄ ｉ ｃｎ ｅ（ ｓ ｓ ｅ ９ ， ｈｎｉｗ ｓｕｅ ｙｔ ｓ ｅ ｏ ｔ ｏ ｈ ｚ ｙ（ ｒ ｈ —ｉ ｅ Ｐ Ｉｗｔ ｔｎ ｉ ｈ
维普资讯
第０２卷第 ３期 ２２８年 ３月 ０
化 工 日 刊 寸
Ｃｈ ｅｍ ｉａ ｎ ｕｓ ￣ Ｔｉ ｅ ｃ ｌＩ ｄ ｔ ｍ ｓ
Ｖｏ ． ２， １２ Ｎｏ． ３ Ｍ ａ ． ２０ ８ ｒ ３． ０
三 阶 非 线 性 光 学 材 料 聚 氨 酯 酰 亚 胺 的 合 成 研 究
ｐｒｍ ｌｔ ｉ ｈｄｉ （ Ｐ Ａ） Ｔ ｅＰ ＩＷ ｈｒｃ ｒ ｅ ｙ ｉ ｒ ｅ ｐｃ ｕ Ｆ’ Ｉ ，ｄｆ ｒ ｔ ｌｓａｎ ｇ ｙ ｅｉｅ ａ ｙｒ ｅ ｏ ｌｉ ｄｎ ｄ ＭＤ ． Ｕ ａ ｃａａｔ ｉ ｄ ｂ ｎ ａ ｄ ｓｅｔ ｍ（ Ｉ一 Ｒ） ｉｅ ｎｉ ｃｎ ｉ ｈ ｓ ｅｚ ｆｒ ｒ ｅ ａ ｎ
三阶非线性光学材料合成及应用研究
三阶非线性光学材料合成及应用研究光学材料是一种非常重要的研究领域，它在众多领域中都有广泛的应用，如光电子学、激光技术、传感技术等。
三阶非线性光学材料是一种性质独特的材料，它在分子结构、光学有机材料合成及应用中有广泛的研究价值和应用前景。
本文将简单介绍三阶非线性光学材料的合成及应用研究现状。
一、三阶非线性光学材料的基本概念三阶非线性光学材料是一种材料，在光学上表现出一种非线性特性。
在国际上，由于研究人员对于这种特性的认知分布较为一致，对于三阶非线性光学材料的定义也较为稳定。
一般而言，三阶非线性光学材料是指通过分析材料分子的三阶非线性极化率而生成的一种光学材料，其中极化率表示了光学材料在光子激发下电子能级迁移后所产生的宏观正电荷分布及负电荷分布。
二、三阶非线性光学材料的合成方法目前，三阶非线性光学材料的合成方法多种多样，主要包括物理合成方法和化学合成方法。
在物理合成方法中，主要依托于制备技术的进步及新型放大器的应用，通过控制光学性质来制备三阶非线性光学材料。
而在化学合成方法中，可采用分子合成、溶液合成、凝胶合成等方法，通过控制分子结构及运用化学技术来制备三阶非线性光学材料。
三、三阶非线性光学材料的应用研究三阶非线性光学材料在能量或动量传递的过程中，对光场进行强烈的非线性作用，产生了许多有意义的应用。
例如，可在光速复用技术、光记忆、光·电子自由振幅放大器（EOPA）等领域中被应用。
此外，三阶非线性光学材料还可应用于二光子激光显微成像技术、多光子聚焦显微成像技术、多通道多光子显微镜等领域。
四、结语随着现代科技水平的不断提高，三阶非线性光学材料的研究及应用价值也越来越受到人们的重视。
其在多个领域中均有广泛的应用前景，如新型光电器件、激光技术、传感技术等。
同时，不同于传统的光学材料，三阶非线性光学材料还具有较高的分子有机性能，可创造更高效、更精确的光学成像及探测方法。
因此，它也是目前研究领域中非常重要的一种材料。
有机三阶非线性光学材料的研究进展
ｔ ｉｄｏ ｄ ｒｎ ｎｉｅ ｒｏ ｔ ａ ｏｙ ｅ ｓｉ ｕ ｈｒ － ｒｅ ｏ ｌ ａ ｐ ｉ ｌ ｌ ｎ ｃ ｐ ｍ ｒ ｓ ｍｍａ ｉｅ ．Ｔｈ ｔｏ ｆｔｅｃ ａ ａ ｔｒ ａｉｎｏ ｈｒ － ｒ ｅ ｏ ｉｅ ｒｏ ｔ ｓ ｒ ｄ ｚ ｅｍｅｈ ｄｏ ｈ ｈ ｒ ｃｅｉ ｔ ｎ ｔ ｉｄｏ ｄ ｒｎ ｎ ｎ ｐ ｉ ｚ ｏ ｌ ａ －
理功能和超快响应的光 电材料成 为未来信 息材 料发展 的主体 。
激光倍频发现 ４ 年来 ， ０ 非线性 光学 （ Ｏ） 了很 大发展 ， ＮＬ 有 已成 为光 电子学 的前沿领 域之一 。非线 性光学 材料 在图像处 理 、 全
介质粒 子极 化产生电偶 极子所需 的时 间比较短 。 共轭 聚合物
Ｋｅ ｒ ｓ ｙ ｗｏ ｄ
ｔ ｉ － ｒ ｅ ｏ ｌ ｅ ｒｏ ｔ ａ，ｃ ａａ ｔｒ ａｉｎ，ｐ ｌ ｌ ｅ ，ａ ｖ ｃ ｈｒ ｏ ｄ ｒｎ ｎｉ ａ ｐ ｉ ｌ ｈ ｒｃｅ ｉ ｔ ｄ ｎ ｃ ｚ ｏ ｏ ｅ ｐ ｙ ｒ ｄａ ｅ ｄ ｏ ｍ ｎ
随着 以光子学为 中心 的信 息时代 的到来 ， 具有特 殊信息处
具有 良好 的电学性 质 、 光学性质 以及机械性能和加工性 ， 有希望
用 于制造 如化学传感 器 、 光泵塑性激光 、 光发散 二极管和光电芯 片等器件［ 。 共 轭聚合物 用作非 线性 光学材料 始于 １ ７ ３ ３ ９ ６年 Ｓｕｅｅ 等Ｅ 发现的含有对 甲苯磺酸取 代基 的聚二 乙炔（ Ｄ ａ ｔｒｔ ４ ］ Ｐ Ａ－
要 的是 ｘ ’ ｘ ， 和 。项 它们分别与二 阶及 三阶 ＮＬ Ｏ效应相联 系。 分子水平 的微观 电极 化强度 Ｐ可表示 为 ：
Ｐ ） ＴＳ 晶体具有很大的三 阶非线 性光 学性 能。一般认 为 三阶非
有机非线性光学材料及其进展概述——论酞菁类化合物的三阶非线性光学及特性
非 线 性介 质 的 原 子 或 分 子 的 相互 作 用 体 现 的 ， 而 因
非 线性 光学 现 象是 获 得这 些 原子 或 分子 的微 观性 质
１６ ９ １年 ， ｒ ｎ ｅ 首 次 发 现 了若 干材 料 的 激 Ｆ ａ ｋ ｎ¨ Ｌ 光 激 光 技 术 的发 展 密切 相关 ， 这种 现 象 的发 现 ， 故 不仅 标 志着 非线 性
光 学 的诞 生 ， 而且 强 有 力 地 推 动 了非 线性 光 学 材 料 科 学 的发 展 ． 技 工 作 者 之 所 以对非 线性 光 学 感 兴 科
摘 要 ： 文 简 要 介 绍 非 线 性 光 学 材 料 及 其 特 性 ． 重 阐 述 了有 机 非 线 性 光 学 材 料 ， 其 对 金 属 酞 菁 及 其 衍 生 物 的 三 该 着 尤 阶 非 线 性 的结 构 因 测 量 和 如 何 提 高其 三 阶 非 线 性 光 学 特 性 等 问题 均 进 行 了分 析 、 估 等． 评
—
ｔ ｅ Ｔｈ ｒ Ｏｒ ｒ Ｎ ｏ ｌｎｅ ｒ ｔｅ ｔ ａ ０ ｙ ｎ ｎ ｍ ｐｏ ｎｄｓ ｈ ｉ ｄ－ ｄｅ ｎ ｉ ａ ｉｉ ｓ ｏｆ Ｐｈ ｈ ｌ ｃ ａ ｉ ｅ Ｃｏ ｕ
Ｊ ＡＯ ｎ — ｕ ＺＨＡＮＧ ｉｎ ｃ ｅ ｇ， Ｓ ＥＮ ｕ Ｉ Ｆｅ ｇ ｈ ａ， Ｊａ — ｈ ｎ Ｈ Ｙ ｅ
的 问 题 ； 于非 线 性 光 学 效 应 是 通 过 强激 光 与组 成 由
趣， 主要 有 以下 原 因 ： 可利 用非 线 性 光学 效应 做成 某 种 器件 ， 如 变频 器 ， 而 有 可能 提供 从 远红 外 到亚 例 从
毫 米波 、 真 空 紫外 到 Ｘ 射 线 的各 种 波 段 的 相干 光 从 源； 由于 某些 非 线 性 光 学 效 应 ， 如 双光 子 吸 收 、 例 受
三阶光学非线性效应
慢过程的产生与泵浦光 在薄膜体内激发出的 非平衡电子分布有关。
2号样品慢过程信号最大，从其吸收谱中可以发现，慢过程 产生的三阶非线性效应与薄膜的绝对吸收大小无关，而与 薄膜表面等离子激元共振吸收峰位与泵浦光波长间相对位 置有关。
在金属纳米薄膜超外差光克尔效应中表现出的这一慢弛豫现 象是金属纳米粒子对处于其中的电子的限域效应 的结果， 为金属纳米粒子薄膜所特有。
测量方式
金属纳米粒子-半导体薄膜的
6.2.1Ag-BaO薄膜的光克尔效应 1.超快光克尔效应
Ag-BaO薄膜时间分辨光克尔效应
Ag-BaO复合薄膜实验样 品厚度30nm，薄膜中 Ag纳米粒子平均粒径 10nm
Ag-BaO薄膜与Ag 薄膜光克尔信号 比较
Ag-BaO纳米粒子 复合薄膜的非线 性效应要大许多
来源
影响延迟时间零点附近的光克尔效应的因素： 1）光场感生双折射现象导致的探测光的偏振方向的改变 2）相干效应的影响
光克尔效应中相干效应的影响：
在泵浦光和探测光的自相关时域内，两束光在样品处发生相 干，并使作用区物质的光学性质变成空间调制的，即形成 干涉光栅；泵浦光在干涉光栅的作用下发生自衍射，而在 与探测光偏振方向相垂直的方向上产生分量。
光学双稳态
双光子效应
双光子吸收
四波混频
自聚焦
n n0 n2I
n2
3
2n02 0c
3
光的自聚焦
光学双稳态
受激光散射效应 受激拉曼散射
光克尔效应
克尔效应： 1875年克尔发现，线偏振光通过外电场作用下的玻
璃时会变成椭圆偏振光，旋转捡偏器，输出光并 不消失。 原来各向同性变成各向异性，外加电场感应引起双 折射现象，折射率变化与外加电场的平方成正比。
三阶非线性光学材料
光的受激散射, 光致透明, 多光子吸收...
材料的非线性极化
材料的非线性光学效应：
强光场或其它外加场的扰动 非线性极化引起材料光学性质的变化，
导致不同频率光波之间的能量耦合，
从而是入射光波的频率、振幅、偏振及传播方向发生改变。
材料由较弱光波电场E j引起的电极化强度Pi满足线性关系： Pi 0 ij E j
自散焦自聚焦25两种非线性吸收中间虚能级反饱和吸收多光子吸收激发态饱和吸收电子弛豫时间远大于激光脉宽26z扫描实验装臵平台小孔样品钛宝石可调谐激光器探测器1探测器2双通道功率计双凸镜步进马达控制器分光镜应用了材料自聚焦和自散焦以及非线性吸收的原理z扫描实验装臵成为了测量光学均匀材料非线性折射率n27z扫描测量的基本原理样品凸透镜激光源小孔28泵浦探测技术测量材料的三阶非线性性能29超快激光光谱学研究材料在超短脉冲激发后某些特性随时间变化的快慢
3） 由Pi3（ 辐射出的光波称为三次谐波。
又通过ω = ω – ω + ω的简并四波混频，得到频率仍然是ω的三阶极化 P(ω)(3)： 2 1 3 P 0 3 , , , E E
β
三阶非线性的应用与材料
一、研究背景
波长 转换器
信息存储
超连续光谱 产生
三次谐波产生
三阶 非线性光学
光限幅器
全光 网络开关
激光频率调谐
非线性材料种类
非线性材料
晶 体
半 导 体
有 机 物
高 聚 物
金 属 有 机 物
玻 璃
优良的非线性材料
具有一定的非线性系数 在工作波长具有较好的透明度 在工作波长具有较快的响应时间 具有较高的光损伤阈值 能制成具有足够尺寸、光学均匀的块状 物化性能稳定，易于进行各种加工
三阶非线性光学
频率 (ω4 ) 之间存在色散关系，这两个方程不能被同 时满足。因此非线性光学四波混频只有在两个方 程同时满足的特别的输入装置时才有可能发生。 本节将讨论一个非常有趣且有用的相位匹配条件 得到满足的非线性光学四波混频问题。特别地， 我们讨论简并（或准简并）四波混频过程，该过 程有许多重要的应用，包括相位共轭和频谱反转。
线强度与斯托克斯强度相比较弱。分子振动的寿 命可由拉曼谱线宽度推出。 像克尔效应一样，拉曼散射在大多数介质中相 对较弱。在光纤中，由于激光束光强高和作用距 离长（可达10km）拉曼散射引起的非线性效应相 当大。当进入光纤的光功率超过各自的阈值时， 受激拉曼散射（SRS）和受激布里渊散射（SBS） 可以同时发生。在受激散射的条件下，光能量可 以更有效地从输入泵浦波转换为散射斯托克斯波。 散射波对泵浦波的频移，在受激布里渊散射
者折射率）的修正。它们对前面讨论的光学克尔
( ) 效应起作用。这两个非线性项χ B3有效地耦合了 EL
和 EB ，引起了这两个光波的能量交换。这两个非 线性极化率是产生受激布里渊过程的原因，称为 受激布里渊极化率。
8.8 四波混频和相位共轭
到目前为止，我们已经讨论了一些特殊的非线 性光学现象，包括Kerr效应、SRS和SBS。一般情 况下，三阶非线性过程需要四个光波的参与。这 样的一般三阶过程可以被看成利用三种光波产生 第四种光波。设三种输入光波的频率和波矢分别
8.9 参变振荡的频率调谐
在本章的前面我们曾证明信号波 (ω1 )和空闲 波(ω2 )，可以由参量泵浦光波(ω3 )产生振荡，它们 之间满足条件 k3 = k1 + k 2。利用 ki = niωi c 我们可以 写出
ω3n3 = ω1n1 + ω2 n2 （8.9-1）
三阶非线性光学材料的研究与应用
三阶非线性光学材料的研究与应用近年来，随着社会的不断发展和科学技术的不断进步，光学材料作为一种具有高度发展前景的科技材料，已经引起了国内外众多研究者的关注。
其中三阶非线性光学材料，以其在光通信、光存储、激光以及微纳光控制等领域的广泛应用，成为了目前广泛研究的热点领域。
本文将对三阶非线性光学材料的研究与应用进行简要介绍。
一、三阶非线性光学材料的研究现状三阶非线性光学材料，是指在电磁波作用下，光子与材料产生的非线性响应，相较于线性光学材料而言，其折射率随光强度而变化。
这种非线性响应大大增强了光学器件的功能，同时又能提供高输出功率和高光束质量等优越性能。
在此基础上，三阶非线性光学材料被广泛应用于激光加工、生物诊疗、光通信、光存储、光传感等领域。
目前，国内外研究者们主要采用有机材料、无机材料和杂化有机-无机材料等来制备三阶非线性光学材料。
有机材料通常采用化合物的方法来构建，材料具有分子级别的一些特征，如分子对称性、电子云分布等，这些都影响着材料的三阶非线性光学性质。
无机材料主要是利用晶格不对称性，如PH近似、DFPM等实现非线性光学响应，这些材料的缺陷主要是结构刚性，容易产生自发极化和溶剂效应。
杂化有机-无机材料则融合了有机和无机材料的优点，在结构、性质和应用方面都有一定的好处。
二、三阶非线性光学材料的应用前景1、光通信方面的应用随着互联网技术的发展，人们对于光通信系统的要求越来越高，而三阶非线性光学材料的高灵敏度和窄带宽特性，则可以为光通信领域提供更多的选择。
目前，三阶非线性光学材料已经被广泛应用于波长转换器、光放大器、光交换等方面，并取得了很好的效果。
2、光存储领域的应用随着日益增长的数据量和信息存储需求，光存储技术逐渐发展成为一种重要的信息存储技术。
而三阶非线性光学材料，便可以作为一种进行光学储存的重要材料，以其高速、高密度和不易受干扰等优点感受到了广泛的关注。
3、其他应用场景除去光通信和光存储方面，三阶非线性光学材料在生物医学、化学合成、光学制备、光学测量等领域均有着非常广泛的应用。
金属和半导体纳米颗粒的三阶非线性光学特性研究
金属和半导体纳米颗粒的三阶非线性光学特性研究标题1：引言在本文中，我们将重点研究金属和半导体纳米颗粒的三阶非线性光学特性。
这个领域的研究可以应用于许多实际应用，比如光通信、光储存和光计算等。
在这一领域的研究中，纳米颗粒的尺寸和形状可以对其三阶非线性光学特性产生重要影响。
本文将介绍该领域的基本理论和实验方法，探索纳米颗粒的尺寸和形状对其三阶非线性光学特性的影响，并提出一些应用前景和研究展望。
在介绍本文研究内容之前，我们将先对本文的研究背景和研究意义进行简要介绍。
我们将讨论纳米颗粒在三阶非线性光学中的应用前景，以及该领域的研究现状和主要瓶颈。
随着科学技术的不断发展，纳米颗粒的研究正逐步进入一个新的阶段，其在光学和电子学领域的应用前景也越来越受到人们的关注。
因此，本文的研究对于推进该领域的发展具有重要意义。
关于引言的毕业总结：在引言部分，我们介绍了本文研究的背景和意义。
我们阐述了纳米颗粒在三阶非线性光学中的应用前景，并介绍了本文的研究目的和主要内容的概述。
这一部分的任务是引导读者进入本文的研究主题并建立起对该领域的认识和理解。
同时，在编写引言的过程中，我们也必须对之前的研究工作进行归纳和总结，以便更好地阐述我们的研究思路和贡献。
标题2：纳米颗粒的制备和表征方法纳米颗粒的尺寸和形状可以对其三阶非线性光学特性产生重要影响。
因此，为了研究纳米颗粒的三阶非线性光学特性，我们需要对其进行制备和表征。
在本章节中，我们将介绍纳米颗粒的制备和表征方法，包括物理化学制备方法、热处理法制备方法、化学还原法制备方法等。
同时，我们也将讨论如何对纳米颗粒的形貌、大小等物理化学性质进行表征，包括透射电子显微镜(TEM)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)等实验方法。
在本章节的撰写过程中，我们需要详细介绍物理化学制备方法、热处理法制备方法、化学还原法制备方法的具体操作步骤和影响制备质量的因素。
在纳米颗粒的表征方面，我们需要介绍各种物理化学性质测量方法的基本原理和应用范围。
掺杂CuInS_2纳米晶玻璃的三阶非线性光学性质
四方晶系纳米 晶．该玻璃体现 出优 良的三 阶非线性 光学性能 ， 其三 阶非线性 光学折射率 吸收 系数 卢和极
化率 ’ 分别为 ８ ５ ￣ ０ ｍ ／ ３７ ￣ ０ ｒ ｗ 和 １９ × ０ ｍ ／ ． ７ １ ｗ， ． ４ １ ｎ ／ ． ５ １ ｖ ．
关键词 Ｃ ＩＳ 纳米 晶 ； 硼 硅 玻 璃 ； 胶 一 胶 法 ；飞 秒 Ｚ扫 描 技 术 ｕｎ ： 钠 溶 凝
联系人简介 ： 向卫 东 ， ， 男 博士 ， 教授 ， 博士生导师 ， 主要从 事非线性光学玻璃 的研究 ． — ａ ： ｉ ｇ ｅ ｏｓ０ ＠１６ ｔｍ Ｅ ｍ ｉ ｘ ｎｗ ｉ ｎ ｌ ２ ． ｏ ｌ ａ ｄ ｏ
向卫 东等 ： 掺杂 Ｃ ｌＳ ｕｎ 纳米 晶玻璃的三阶非线性光 学性质
２１ ３
非 线 性质进 行 了分 析．
１ ２ 实验 过 程 ． 将 ＴＯ Ｅ Ｓ在搅 拌下 滴入 盐酸 （ Ｈ＝ ） ｐ ２ 中进行充 分水 解 ， 至溶液 无色 透 明．将 Ｈ Ｂ ， Ｎ 分 别溶 直 ，Ｏ 和 ａ
解 在 乙二 醇 甲醚 和 无 水 乙醇 溶 液 中 ，形 成 Ｂ Ｏ 和 Ｎ ： 的前 驱 体 溶 液 ．然 后 ，将 所 形 成 的 Ｂ Ｏ ， ａＯ ： 和 Ｎ， ａＯ的前 驱体 溶 液按 顺 序分 别 在搅 拌 下滴 人 已充分 水 解 的正 硅酸 乙酯溶 液 中 ， 室 温下 将上 述 混合 在 溶液 连续 搅拌 １ｈ 获 得钠 硼硅 玻璃 溶胶 ．将 Ｃ （ Ｏ ） ３ Ｏ和 Ｉ（ Ｏ ） 按一 定摩 尔 比溶解 在 甲醇 ， ｕ Ｎ ，：・ Ｈ： ｎ Ｎ 。， 溶液 中形 成含 有 ｃ 和 Ｉ¨的前 驱体 溶液 ， 将 其按一 定 化 学计 量 比滴 人钠 硼 硅玻 璃 溶 胶 中 ， 室 温 ｕ ｎ 并 在 下搅 拌 １ｈ ，即获得 含 有 ｃ 和 Ｉ 的钠 硼 硅玻 璃 溶 胶．将 溶胶 装 入塑 料 盒 中 ，于 １０℃密 封 干燥 ３ ｕ ｎ ２ ０ ｄ 得 到块 状 的干凝 胶．将 此 干凝胶 在 氧气气 氛 下热处 理 至 ４０℃ ， 证干凝 胶 中 的有 机物 充分 燃烧及 ， ５ 保 Ｃ（ Ｏ） ｕ Ｎ 和 Ｉ（ Ｏ ） 效 分解 ．然 后 ， ４０℃通 人 Ｈ ｓ气 体 ，即得 到 Ｃ ｌＳ．将 Ｃ ＩＳ ｎ Ｎ 有 在 ５ ： ｕｎ ： ｕｎ 于氮气 气 氛下 升温 至 ６ ０℃进 行致 密化 ，最终 获得 含 Ｃ ＩＳ纳 米 晶的钠 硼硅 玻璃 ．将 获 得 的玻 璃进 行 切 割和 抛 ０ ｕｎ：
非线性光学材料
传统的非线性光学材料的无机化合物：稳 定性好、结晶性好、实用性强。但倍频系数 小。如磷酸二氢钾用于激光倍频。β-偏硼酸 钡（福建物构所）用作紫外光的倍频和混频 材料。 而有机化合物较无机化合物稳定性差、结 晶性差、实用性差，但倍频系数大。
1 二阶非线性光学效应
当激光作用到非线性光学材料上时，除 了会产生与入射光频率ω相同的光（线性部 分），还会产生频率为2ω的倍频光和频率为 零的静电场（非线性部分）
3
三阶非线性化合物
一般共轭体系越大的分子其三阶非线性光学性 能越好。三阶非线性光学材料在光开关、光限制器 等方面有很好的应用。 光限制效应：对弱入射光透明，对强入射一个饱和值（极限值），从而起到限制光强度的 作用。起到保护光学传感器和人的眼睛的作用。
非线性光学材料
非线性光学效应
当外加高强度的电磁场（如激光等）与物质发生 相互作用时，由于电磁场会诱导分子发生极化，从 而产生不同于原来电磁场频率、相位、振幅等物理 性质的新的磁场，这一现象称为非线性光学效应。
经典的光学理论中，强度不是很强的光与物质发 生作用时，会发生光的吸收、反射、散射等，但光 的频率不会发生改变。
二阶谐波产生 效应(SHG) 光学整流效应
可以产生强的分子内电荷跃迁的非中心 对称分子可能成为性能良好的二阶非线性光 学材料。 一般具有D-π-A结构，D:给电子基团；A: 受电子基团；π:含π电子基团起桥联作用。 如，对硝基苯胺，
金属配合物(LMCT,MLCT,ILCT),含金属离 子部分可作D-π-A结构中的给电子、受电子或 桥联基团部分。
[Cd(L2)2].H2O， space group :Ia 粉末样品的SHG效应是α-石英的310倍
三阶非线性光学材料
目 录
• 引言 • 三阶非线性光学材料的基本性质 • 三阶非线性光学材料的分类与特点 • 三阶非线性光学材料的制备与表征 • 三阶非线性光学材料的应用领域 • 三阶非线性光学材料的研究挑战与展望
01 引言
背景与意义
光学非线性的重要性
科学研究与技术发展
在强光场下，材料的折射率、吸收系 数等光学参数会发生变化，这种变化 与光强有关，称为光学非线性。
非线性光学测量技术
如Z扫描技术、四波混频技术等，用于测量材料的非线性光学系数和 响应时间等参数。
结构表征技术
如X射线衍射、透射电子显微镜等，用于表征材料的晶体结构和微观 形貌。
制备过程中的优化与控制
原料选择与配比
选择高纯度、活性好的原料，并优化配比， 以提高材料的性能。
反应条件控制
控制反应温度、压力、时间等条件，以获得 具有特定结构和性能的材料。
如高透光性、低光损耗等。
种类多样
包括氧化物、氟化物、硫化物等多种 类型。
制备工艺成熟
无机材料的制备工艺相对成熟，易于 大规模生产。
复合材料
综合性能优异
01
复合材料可以结合有机和无机材料的优点，具有优异的综合性
能。
可设计性强
02
通过调整复合材料的组成和结构，可以实现对其性能的定制和
优化。
应用领域广泛
三阶非线性光学效应
三次谐波产生（THG）
在强光场下，介质中产生频率为入射光频率三倍的谐波 辐射。
光克尔效应
强光场导致介质折射率发生变化，使得通过介质的光束 发生自聚焦或自散焦现象。
ABCD
四波混频（FWM）
四个不同频率的光波在介质中相互作用，产生新的频率 成分。
非线性光学材料的性质研究及应用
非线性光学材料的性质研究及应用近些年随着光学技术的不断发展，非线性光学材料的应用得到了越来越广泛的发展。
这些材料在信息处理、通讯、光子学等领域都乘势而为，成为了一个极具潜力的新兴领域。
那么，什么是非线性光学材料，它们的性质如何？又有哪些应用呢？一、什么是非线性光学材料？光的性质可以用波动理论进行描述，而在非线性光学材料中，光的波动与材料的内部相互作用会带来非线性效应。
简单来说，非线性光学材料是指当光强（或能量）发生变化时，材料中的折射率、吸收系数等光学性质也会发生变化。
二、非线性光学材料的性质非线性光学材料的主要性质分为三种：非线性折射、二阶非线性和三阶非线性。
1. 非线性折射当光的强度较大时，光与介质的相互作用会引起折射率的变化，这被称为非线性折射。
非线性折射效应对于激光器的调制和光纤通讯中的信号传输等都具有重要的应用价值。
2. 二阶非线性二阶非线性是指光波在非线性材料中会经历二次谐波产生、倍频、和频和差频等效应。
其中倍频效应是指通过材料，光的频率可以翻倍；和频效应则是通过两个不同频率的光发生频率合并，形成一个新的频率；差频效应是指通过两个光的频率的差异，产生新的频率。
3. 三阶非线性三阶非线性大部分来源于非线性折射。
当光在材料中传播时，由于物质中电子互相的作用力与光的相互作用会导致折射率产生变化，进而改变光的相位和光程。
这些效应会导致产生新的光，同时也会对光的传输性能产生影响。
三、非线性光学材料的应用非线性光学材料在各个领域都有着广泛的应用。
1. 光信息处理非线性光学材料在光存储、光计算等各个领域都有着广泛的应用。
其中，非线性折射效应被广泛用于激光器的调制，而倍频效应则被用于蓝光光源的制造等方面，可以有效地提高激光器的效率和性能。
2. 通讯领域非线性光学材料广泛应用于光通讯领域，其中倍频效应被用于光纤通讯中的信号传输，而和频效应则被用于光通信中的光源与激光器的制造，它们可以有效地提高光通信的速度和可靠性。
三阶非线性光学效应概述
三阶非线性光学效应概述与二阶非线性光学效应相比，三阶非线性光学效应有几个不同之处：首先三阶非线性光学效应对应光电场与物质相互作用的三阶微扰，这就决定了三阶效应一般要比二阶效应更弱；其次三阶效应中有四个光电场相互作用，这使得三阶效应比二阶效应丰富得多。
第三，在三阶效应中产生的信号光频率可以等于某一入射光的频率，因而是对入射光电场起衰减或放大的作用，这就是双光子吸收或拉曼增益。
由于拉曼增益的存在，随之产生了各种受激拉曼散射现象。
第四，不同种类的三阶效应反映了不同的三阶非线性极化率，可以通过共振效应增强使得三阶效应变得相当显著，使在实际中可广泛使用。
第五，三阶效应可以发生在只有一个入射光电场频率的情况，产生的效应也只对应于该入射光电场的频率，这种效应可以使介质的折射率发生变化，即所谓自聚焦。
最后要指出对于三阶非线性效应来说，不管介质具有什么对称性总存在一些非零的张量元，因此原则上三阶非线性光学效应可以在所有介质中观测到。
1 三阶非线性光学效应分析三阶非线性效应对应三阶非线性极化率，某一种三阶效应的强弱直接依赖于它相应的。
的大小除了与入射光电场的强度有关还取决于介质的三阶非线性极化率的大小。
由于参加混合的光电场频率组合不同，三阶效应以及其对应的呈现多种多样的表现形式，下面对它们作简要的说明，并指出其主要特征。
我们采用沿方向传播的平面波假设。
在最一般情况下，考虑四个频率和在介质中混频相互作用，且，共线传播时波矢失配量为，可以写出频率的三阶非线性极化强度，式中当时简并因子D＝6，并且有效非线性系数，分别是和场的偏振方向上的单位矢量，这是一般意义上的四波混频（FWM）。
1.1 三倍频（THG）当一个频率为的光电场入射到非线性介质中时，在合适条件下，介质中产生频率为3 的信号光电场，即。
利用表达式，相应的三阶非线性极化强度为，这里取D＝1。
一般来讲，在三倍频过程中，并不要求有共振条件，但为了得到显著的三倍频信号，在最常用的三倍频介质中往往采用多光子共振条件。
光学材料非线性研究
非线性光学（nonlinear optics）非线性光学，又称强光光学，是现代光学的一个分支，研究介质在强相干光作用下产生的非线性现象及其应用。
在强光作用下物质的响应与场强呈现非线性关系，与场强有关的光学效应称为非线性光学效应。
激光问世之前，基本上是研究弱光束在介质中的传播，确定介质光学性质的折射率或极化率是与光强无关的常量，介质的极化强度与光波的电场强度成正比，光波叠加时遵守线性叠加原理。
在上述条件下研究光学问题称为线性光学。
对很强的激光，例如当光波的电场强度可与原子内部的库仑场相比拟时，光与介质的相互作用将产生非线性效应，反映介质性质的物理量（如极化强度等）不仅与场强E的一次方有关，而且还决定于E的更高幂次项，从而导致线性光学中不明显的许多新现象。
介质极化率P与场强的关系可写成P＝α1E＋α2E2＋α3E3＋…非线性效应是E项及更高幂次项起作用的结果。
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。
非线性光学材料
我国在非线性光学晶体研制方面成绩卓著，某些晶体处于世界领先地位 。
选择依据
选择依据
选择非线性光学材料的主要依据有以下几方面： ①有较大的非线性极化率。这是基本的但不是唯一的要求。由于激光器的功率可达到很高的水平，即使非线 性极化率不很大，也可通过增强入射激光功率的办法来加强所要获得的非线性光学效应； ②有合适的透明程度及足够的光学均匀性，亦即在激光工作的频段内，材料对光的有害吸收及散射损耗都很 小； ③能以一定方式实现位相匹配； ④材料的损伤阈值较高，能承受较大的激光功率或能量； ⑤有合适的响应时间，分别对脉宽不同的脉冲激光或连续激光作出足够响应。
1.KDP 型晶体
主要包括KH2PO4 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.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。
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.
非线性光学材料研究
非线性光学材料研究 Prepared on 24 November 2020非线性光学材料研究摘要：非线性光学材料是一类在光电转换、光开关、光信息处理等领域具有广泛应用前景的光电功能材料。
本文通过对三种非线性光学材料—石墨烯、碳纳米管和量子点的性能、制备以及应用展开综合性描述。
阐述当今时代非线性光学材料的发展前景和探索其未来更广阔的的应用领域。
关键词：非线性光学材料；石墨烯；碳纳米管；量子点；综述Study on nonlinear optical materialsAbstract:Nonlinear optical material is a kind of optoelectronic functional material which has wide application prospect in the fields of photoelectric conversion, optical switch, optical information processing and so on. In this paper, the properties, preparation and application of three kinds of nonlinear optical materials - graphene, carbon nanotubes and quantum dots, are described. The development of nonlinear optical materials in the present age and its future application fields are described.Key words:Nonlinear optical materials; graphene; carbon nanotubes; quantum dots; review1 简介非线性光学材料是一类在光电转换、光开关、光信息处理等领域具有广泛应用前景的光电功能材料。
有机三阶非线性光学材料的研究进展
摘 要： 有机三阶非线性光学材 料因其在 光通信 、 光信息存储 、 光计 算及 全光开关 等领域 的潜 在应用 而引 起广泛的重视。 要介绍了三阶非线性光学效应的基本理论 和研究方法 以及影 响因素． 简 综合 评述 了有 机
三 阶非线性光学材料 的研究 现状 与进展 ， 展望 了有机三 阶非线性 光学材料 的研究趋 势． 关 键 词： 非线性 光学材料 ； 三阶非线性极化 率 ； 有机材料
的作 用 ． 线性 光 学 研 究 的 首要 课 题 是 开 发 新 型 非
非线 性光 学材料 ．
非线性光学材 料的研究 早期 以无 机材料 为 主． 目前在光子器件 中所用 的非线性光学材料 大 多是铁电无机晶体． 虽然这些材料 的晶体生长技 术 已经 相 当成 熟 ， 是 只 能用 单 晶材 料 工作 且 光 但
文献标识码 ： Ｂ 中 图分 类 号 ： ２ ．２ Ｏ６ １２
当今信息时代 ， 电工程学将成为信息材料 光 发 展 的技术 主流 ， 具 有 特 殊 信 息 处 理 功 能和 超 而
快 响应 的光 电材 料 将 成 为 信息 材 料 发 展 的主 体 ．
对 于光 电子技 术 的发 展 ， 线性 光 学起 到 了关 键 非
学开关 时 间较 慢 ， 如掺 杂单 晶 的 Ｂ ＴＯ ａ ｉ，的开关 时 间在 １Ｗ／ ｍ ｅ 激光 下 为 １ ． ｍｓ 有 机非线 性光 学 材 料 与 无 机 材 料 相 比 ， 机 有
１ 三 阶非线性光 学效应概述
非 线性 光 学效应 的产 生是 由于激 光与 介质 发 生非 线性 相 互作 用 的结 果 ． 外 来 光 电场 的作 用 在 下 ， 质 中 的 电荷 分 布发 生 了变 化 ， 介 导致 原 子或分 子 发 生 电偶 极 子 的极 化 ， 光 电 场 Ｅ 很 强 时 ， 当 其
二茂铁系金属有机三阶非线性光学材料的合成
显优 于叔 丁醇钾． 所有化 合物均 由核 磁 共振 、 外和 紫 外等表 征 了结构 ， 率 为 ４ ～８ ， 法 红 收 １ ３ 方
简单 、 行． 可
关键 词 ： 非线性光 学 ； 属有机 ； 金 二茂铁 ； 合成
中图分类 号 ： ６ １３ Ｏ ２ ． 文献标 识码 ： Ａ 文章 编 号 ：０ ６４ ０ （ ０ ８ ０ —６ ２０ １ ０ —３ ３ ２ ０ ） ６０ ０ —６
浦 忠威 ， 高建 荣 ， 李郁锦 ， 志彬 ， 蔡 韩 亮， 韩 非， 方 频
（ 江 工 业 大学 绿 色化 学 合 成 技 术 国 家重 点 实验 室 培 育 基 地 ， 江 杭 州 ３ ０ ３ ） 浙 浙 １ ０ ２
摘要 ： 金属 有机三 阶非线性 光 学材料 是功 能材料研 究的 热点． 以二茂铁 ， ，一 ２ ３二氯一 ，一 醌 ， １ ４萘 四氯 苯
ｍｅ ｈ ｎ ａ ｒ ａｌ ｎ ａ ｃ ｈ ｉｌ ｆ ｏ ｏ ｎ ｎ ． Ｎａ ｉ ｕ ｈ ｂ ｔｅ ｈ ｎ ｔＢｕ ｔ ａ ｅｃ ｎ ｇ ｅ ｔｙｅ ｈ ｎ ｅｔ ｅｙｅｄｏ ｍｐ ｕ ｄＩａ ｄ１ ｃ Ｉ Ｈ ｓｍ ｃ ｅ ｔｒｔ ａ — ＯＫ ｉ ｎ
Ｈａ ｇ ｈ ｕ ３１ ０ ２，Ｃｈ ｎ ） ｎｚ ｏ ０ ３ ｉａ
Ａｂ ｔ ａ ｔ ｎ ｈｅ ｆｅｄ ｏｆ ｈ ｇ ｎ ｃ ｆ ｃ ｉ ｎ ｌ ｓ ｒ ｃ ：Ｉ ｔ ｉｌ ｔ ｅ ｏｒ ａ ｉ ｕｎ ｔｏ ａ ｍａ ｅ ｉ ｌ ， ｏ ｇａ ｏ ｔ ｌｉ ｔ ｉｄ ｏ ｄｅ ｎｏ ｉ ａ ｔ ｒａ ｓ ｒ ｎ ｍｅ ａ ｌ ｃ ｈｒ － ｒ ｒ ｎｌ ｎｅ ｒ
醌 ， 甲醛 ， 苯 对苯二 甲醛等 为原料 ， 分子设 计并合 成 了五个 具有 大 ７共 轭体 系， 二茂铁 电子供 体 ， ｒ 含 苯 醌 、 醌等 电子受体 的金 属有 机三阶 非线性 光学材 料化 合 物 ， 析 合成 反应 过 程 并优化 了条件 ， 萘 分 合 成化合 物 Ｉ和 Ⅱ过程 中使 用二 氯 甲烷 代替 甲醇可显 著提 高收 率 ， 在进 行 Ｗｉ ｉ 应 时钠 氢要 明 ｔ ｇ反 ｔ
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二次的非线性极化
1和2的两束光 耦合作用：
当1 =2 =，3 =1＋2 =2时，所产生的谐波称为倍频光； 当3 =1＋2时，所产生的谐波称为和频 统称为混频； 当3 =1－2时，所产生的谐波称为差频 当3 =1－2 =0时，产生直流电极化称为光整流。
硫系玻璃：由于阴离子硫对氧的替换，其
比氧化物玻璃为大， 且是迄今为止所报导的具有最大 (3) 的非共振型玻璃 （ (3) 最高接近 10-10 esu）。不过由于硫属玻璃的本征吸收最小值位于4—6um (硅酸盐玻璃位 于～1um)，显然在1.06um波长测得的(3)有相当部分属于共振吸收分量。 为了减少这种影响，曾对一系列硫属玻璃进行过～2um的(3)测试，也很 难排除共振吸收对测量值的影响。
非线性光学材料内（ijk )
一般只产生在有对称晶格的各向异性介质中
材料的三阶非线性
ijkl 1、2和3的三束光 耦合作用：
非线性光学材料内（
)
当出现第四种频率4的极化波， 进而辐射出4 1 2 3的光波现象称为四波混频； 当基频波1 2 3 时，4 3 , 此效应称为三倍频效应，
非线性光学
非线性光学: 强激光与物质相互作用 强光和弱光的划分: 比较 E与 E’ 的大小 E: 光场的强度 E’: 组成物质的分子或原子内部的平均电场强度 普通光源的光,
E 1 线性关系 E'
光学参量与振荡, 自聚焦,
强激光，E与 E’可比拟, 光场与物质作用的非线性关系明显.
如光学倍频和混频,
n2 (esu) K '
G(h / Eg )
4 n0 Eg
用间接跃迁光学带隙 Eopg进行计算，能够得到比 较好的拟合结果。
0.08 0.06
理论曲线
Bi2O3-B2O3-TiO2
G, n0n2Eopg/K'
0.04 0.02 0.00 -0.02 -0.04
4
0.0
0.2
0.4
h/Eopg
式中 j、 k、 l 分别为电场E j、Ek、El 对应的角频率， 右边第一项表示线性光学效应； 第二、第三项分别表示二次、三次非线性光学效应。
产生 二次非线性极化 二次谐波、和频、差频和光整流等过程； 产生 三次非线性极化 三次谐波、四波混频、受激散射
和光致折射率变化效应等现象，
1
4
2
10
4
阳离子极化率
阳离子 极化率A3 阳离子 极化率A3 P5+ 0.021 Na+ 0.175 B3+ 0.002 K+ 0.818 Si4+ 0.033 Ti4+ 1.919 Mg2+ 0.088 V5+ 0.123 Te4+ 1.595 Nb5+ 1.035 Sb3+ 1.111 Ta5+ 0.975 Bi3+ 1.508 W6+ 0.145 Pb2+ 3.623 Mo6+ 0.165
钛宝石 可调谐 飞秒 激光器 探测器1
双通道功率计
Z
样品
小孔
探测器2 全反镜 半反半透 分光镜 双凸镜
平台
步进马达控制器
三阶非线性Z扫描测试系统原理图
Z扫描测量的基本原理
凸透镜 样品
小孔
激光源
半反 镜
接收 器2
接收器1
-Z 0
+Z
泵浦探测技术测量材料的 三阶非线性性能
超快激光光谱学
研究材料在超短脉冲激发后某些特性随时间变化的快慢。
自聚焦和自散焦
有着中间光强，两面光 弱的高斯型光束，使介质 的折射率在横截面上也产 生了相应的变化，即自聚 焦和自散焦过程。
自散焦
自聚焦
两种非线性吸收
价带
光 子 带 隙 光 子
价带
激发态
中间虚 能级
带 隙
导带
反饱和吸收（多光子吸收）
导带
饱和吸收（电子弛豫时间 Biblioteka 大于激光脉宽）Z扫描实验装置
应用了材料自聚焦和自散焦以及非线性吸收的原理，Z扫描实验装置成为了测量 光学均匀材料非线性折射率n2和非线性吸收系数β的有力工具。
• 荧光强度、波长分布随时间的变化 • 吸收随时间的变化 • 折射率随时间的变化
常用探测器的响应时间，时间分辨率：
• 光电探测器 光电二极管： >1ns（载流子产生, 迁移, 复合） 光电倍增管：~ ms, 光电子多级放大 热释电探头： > 1ms • 高速示波器 100-500MHz - -10-2 ns
3） 由Pi3（ 辐射出的光波称为三次谐波。
又通过ω = ω – ω + ω的简并四波混频，得到频率仍然是ω的三阶极化 P(ω)(3)： 2 1 3 P 0 3 , , , E E
L / 24 Ni a3 i
式中 L为与材料的微观局部电场和宏观可测电场有关的因子；i为组分 序号；N为i组分的离子浓度。
另外，材料的三次极化张量(3)大致随其线性折射率no的增加而提高， 并导出了表示两者之间关系的经验公式。
esu
3
1 0
10 n 1
• 条纹相机
0.5~2ps
当被研究的过程的变化速度小于探测器的响应时，可以实现单 次激发的测量。
T
探测光一般采用（准）连续光。
pump
Sample
t
单色仪 探测器
probe
ns过程: 光电探头+高速存储示波器，直接记录随时间的变化曲线 ~2ns （示波器由激光脉冲外触发，扫描出一条探测光强度随时间变化的 曲线，并存储起来） ps过程: 条纹相机 0.5~2ps
n0 1
1
n n0 n2 E n0 I
光致折射率变化效应：
折射光 入射光
折射光
强入射光
原子核
原子核 畸变的核外电 子层
中间能级
核外电子层
导带
光子×2
γ
禁带 双光子吸收过程
Lock-in 输入信号 参考频率 功能：将输入信号进行傅立叶变换分解，并滤出含有 参考频率的成分，作为输出信号。
使用锁相放大器，提高信号的灵敏度
通常泵浦-探测信号很弱（三阶非线性效应），探测光强度的相对变化量通 常在0.01~1%范围。因而信号容易被探测光的强背景所掩盖。 斩波器以固定频率调制泵浦脉冲，引起样品吸收周期性的变化，锁相放 大器检测出含有这个频率的信号。可扣除探测光的强背景，大大提高灵敏度。 最高可达几个数量级。 Chopper
(3)
含有金银微粒的玻璃非线性材料：
含有金或银的透明材料具有很高的三阶非线性极化率(3) 。这是由 于其表面等离子体振子(surface plasmon)的激发引起局部场强的增加所致。 局部场强的增加与基体的介电常数和所含金属粒子有关，因此基体对材 料的非线性光学性质起着重要作用。
激光激发
Z扫描装置测量材料的 三阶非线性性能
材料的光学非线性及其测量
姓名：陈飞飞
材料光学非线性 的一般原理
材料的非线性极化
光与材料的相互作用：
入射光波电场 材料的原子或分子体系 感生电偶极矩并进而辐射电磁波
材料的非线性极化：
强光场或其它外加场的扰动 材料的原子或分子内电子的运动
除线性振动外还受到偏离线性的附加扰动， 材料的电容率变为时间或空间的函数， 材料的极化响应与光波电场存在非线性关系。
表2 几种低折射率玻璃的光学性能
玻璃 BeF2（氟化铍） Fluoroberyllate B-102（铍酸氟） Fluorophosphate E-115（磷酸氟） 48.5BeF2 ,26.7KF ,13.8CaF2 , 9.9AlF3,1.1NdF3 17.9Al(PO3) 3 ,54.2NaF , 26.9Ca2 ,1.0NdF3 化学组成mol(％) no 1.28 1.34#
T
pump
Sample
Slow detector
t
probe Lens Delay
探测光也是超短脉冲，在一定的相对延时t下，探测器 只记录该时刻的探测光强。（曲线上的一点） 改变泵浦和探测脉冲的相对延迟时间，逐点记录，得到 时间分辨的光谱
锁相放大器---微弱信号测量的有力工具
能检测强背景下的弱信号
光学相位共轭,
光的受激散射, 光致透明, 多光子吸收...
材料的非线性极化
材料的非线性光学效应：
强光场或其它外加场的扰动 非线性极化引起材料光学性质的变化，
导致不同频率光波之间的能量耦合，
从而是入射光波的频率、振幅、偏振及传播方向发生改变。
材料由较弱光波电场E j引起的电极化强度Pi满足线性关系： Pi 0 ij E j
γ
α
τ
表1 几种非线性光学材料的性能
材料 GaAs/GaAlAs （半导体） Polydiacetylenes （有机聚合物） Glass（玻璃）(Pb Glass, Ti Glass)
γ
(m W ) 10-8 10-15 10-18
2
-1
α (cm-1) 103 10 10-2
品质指数 F 102 104 105
式中 ij为极化率， 0为真空电容率。
材料的非线性极化
材料由较强光波电场E （激光）引起的电极化强度Pi满足非线性关系：
（1） （2） Pi 0 E E j j Ek k ijk ij j j
（3） E j j Ek k El l ijkl
飞秒过程 其变化速度远大于探测器的响应速度