新型粉末材料的非线性光学特性研究(一)

新型粉末材料的非线性光学特性研究(一)

摘要：多年来人们对粉末物质的非线性光学性质的研究非常重视，出现过很多种处理方法。介绍了非常简便易行的处理方法，并用这种方法检测了新合成的插层高岭土材料的非线性光学性质初步研究结果，测量了它的光强角分布情况，观察到在其反射角和透射角附近光强都有一个峰值，但在小角度入射的情况下反射散射的峰值不会与法向的强度值偏离很大，透射散射的强度会随入射角度的减小而增强。

关键词：粉末样品;插层复合物;非线性光学材料;相位匹配

1引言

随着科学的迅速发展，新材料不断出现，人们对材料的非线性光学性质很关注。测量物质的非线性光学性质的方法很多，如：场诱导二次谐波(EFISHG)、溶剂变色法、电晕极化法(基于电光系数测量和二次谐波的测量)和Kurtz粉末法，前两种方法用于溶液的测量,能获得有机分子的一阶超极化率(以测定极化聚合物薄膜的二阶非线性系数,从而推算出掺杂或功能化极化聚合物薄膜中生色团分子的β值)。上述三种方法均可获得分子的β值，而Kurtz粉末法测量的是粉末产生的二次谐波(SHG)信号，尽管不及上述方法精确，但直接反映出了NLO微晶的光学性质，既可半定量评价其非线性光学性质，又可指导NLO晶体生长。本实验自己设计了一套处理粉末样品而不同于Kurtz粉末法的实验方法，研究了插层高岭土材料粉末的NLO性质。

2样品的制备

纯高岭土在出现层状结构001面的特征衍射峰值，根据Bragg方程可计算出高岭土片层间距为0.715nm。通过向高岭土的层间填加有机化合物我们制备成了两种插层高岭土，一种是高岭土/对硝基苯胺（PNA/Kao）插层复合物，这是将纯对硝基苯胺（PNA）通过一定的手段插入到高岭土的层内得到的；另一种是高岭土/苯甲酰胺（BZ/Kao）插层复合物，它是将纯苯

甲酰胺（BZ）渗入到高岭土的层内得到的。

这两种插层复合物均为粉末状，为便于实验中的夹固我们将这些粉末晶粒用KBr黏结制成薄片状。同时，我们还将纯KBr、纯对硝基苯胺（PNA）、纯苯甲酰胺（BZ）和纯高岭土用相同的方法制成片状，以便区分插层复合物本身的性质和参加制备样品的各成分的性质，排除干扰现象，从而获得插层复合物本身的一些特有的光学性质，为分析复合物的结构或各成分含量等提供依据。

3实验装置

实验装置如图1所示，当入射光以一定的角度入射时，在反射与透射反射与透射方向都将有信号，图1为透射式探测，倍增管与入射光在样品的两侧，若要检测反射的信号，倍增管（PMT）与入射光在样品的同一侧，我们测量了两种探测方式的散射光强角分布。采用148型激光功率计算，在入射角固定的情况下，测量了在不同散射角处不同材料对应的散射光功率。

图1

我们采用波长632.8nm的He-Ne激光器作为激发源，对于非相位匹配材料，样品对632.8nm 的散射的角分布与1064nm的散射角分布以及532nm的散射角分布相同，所以固定He-Ne 激光对样品的入射方向，用激光功率计来探测不同方向上的散射光可以得到不同入射角对应的散射光强角分布。

4光强角分布图

图2纯粉末状PNA/Kao的散射光强角分布

图3黏结的PNA/Kao不同入射角对应的光强角分布

图4不同入射角时纯粉末PNA/Kao的散射光强角分布

图5黏结的PNA/Kao对不同入射角的散射光强角分布

通过上面的操作我们得到了用KBr黏结的高岭土/对硝基苯胺（PNA/Kao）插层复合物的光强

角分布图。

此处我们不仅考虑了前向的光强角分布，而且讨论了各种角度入射时的后向散射光强角分布。我们还同时测量了纯粉末样品和黏结的粉末样品的强角分布，以探讨样品制备方面的一些问题。

5结果讨论

从以上的实验结果我们可以看出，在反射角和透射角附近光强都有一个峰值，但在小角度入射的情况下，反射散射的峰值不会与法向的强度值偏离很大，但透射散射的强度会随入射角度的减小而增强。产生这种结果的原因我们归结为以下几条：

（1）产生反射散射的峰值主要是由于粒子尺寸相比于光斑截面尺寸很小，可以把样品粒子视为小的球状颗粒，在反射散射过程中散射光强呈现一定的统计分布性，从而在反射角上出现光强的极大值。

（2）产生透射散射峰值的原因很明显，主要是由于粉末样品层较薄，入射光强的很大一部

分受到散射的影响较小，直接或以很小的散射角透过，因而在透射方向上有极大值。