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三种DMIT金属有机配合物材料的三阶非线性光学性能的研究

作　者: 张熹
导　师: 任诠
学　校: 山东大学
专　业: 光学工程
关键词: Z扫描方法金属有机配合物三阶非线性光学性质
分类号: O437
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
下　载: 98次
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内容摘要

随着光通信技术和密集波分复用技术的迅猛发展,存在于光电、电光转换器件中的切换时间慢、时钟便宜、严重串话等缺点成为亟待解决的问题。全光开关是解决这些问题的关键的器件之一。全光开关的工作原理是利用了材料的三阶非线性光学特性,用一束控制光引起材料的折射率发生变化,信号光在其中通过时就会带来相位的变化,从而实现光开关动作。三阶非线性光学材料还具有其他方面的应用,比如制作光限幅器件等。随着超快激光的出现,光束的光功率密度很容易达到几百GW/cm²,在这个强度下,人的眼睛很容易受到伤害,测试用的探测器也很容易被打坏。材料的双光子吸收等三阶非线性光学性能可以用来制作光限幅器件,能有效防护激光对人眼、传感器以及设备的损害。全光开关要求材料具有大的三阶非线性折射率,小的线性和非线性吸收系数和快的响应速度。三阶非线性折射率大,意味着控制光的光功率密度就不用很高,可以降低费用;线性和非线性吸收系数小,就可以降低损耗还可以减小热效应的影响,提高系统可靠性。而用来制作光限幅器件的材料则要求双光子吸收或反饱和吸收效应要大。三阶非线性光学材料性能参数的准确表征是研究材料性能的重要手段,可以对材料的探索、改进和器件的设计提供参考和依据。本论文的主要工作如下:第一,合成了三种新的DMIT类材料BuCu、BuCo和EtCo。在探索具有高三阶的非线性光学性能的新材料过程中,我们通过分析材料结构与其非线性光学性能之间的关系,改变配合物的中心金属离子和阳离子,合成了三种DMIT类金属有机配合物新材料,它们的三阶非线性光学性质被首次报道。DMIT类材料一般具有电子共轭体系,离域π电子可以大大加强有机化合物的三阶非线性光学特性。目前对该类配合物三阶非线性光学特性的研究并不是很多,但从已有的研究结果可以看出,这是一类性能优良的非线性光学材料,在非线性光学领域具有潜在应用价值。第二,运用Z扫描技术对BuCu、BuCo和EtCo在1064nm,40ps条件下非线性折射和非线性吸收性质进行了表征和研究,分析了材料的非线性光学机理。Z扫描技术是一种装置简单的可以表征材料的三阶非线性光学特性的方法。我们给出了这种方法比较详细的公式推导,以及计算非线性折射率、非线性吸收系数、非线性极化率和分子二阶超极化率的方法。这三种材料在波长为1064nm,脉宽为40ps激光脉冲照射下,均表现出自散焦性质,即n₂非线性折射率为负值,并表现出一定的非线性吸收。第三,运用Z扫描技术对不同浓度、不同强度下EtCo和BuCu溶液的三阶非线性性质进行了研究。并且对比了BuCu、BuCo和EtCo的三阶非线性折射和非线性吸收性质,讨论了造成差异的主要原因,并评估了他们在光开关器件制备方面的应用潜力。如果材料的非线性吸收与溶液的浓度成正比,则说明实验中探测到的非线性光学效应来自于溶液中的溶质,而非溶剂丙酮。当改变入射的激光强度时,如果材料的非线性吸收基本上与强度成线性的关系,这说明材料的非线性光学效应是来源于光克尔效应,实验中的热效应是可以忽略的。通过对比不同材料的非线性光学性质,有利于发现优化材料性质的方法。研究工作发现,通过改变金属有机配合物的中心金属离子和阳离子可以有效地优化材料的三阶非线性光学性能,提高品质因子W而降低品质因子T。我们相信通过进一步对材料的改进,这类材料将有望应用于光开关。

全文目录

中文摘要  8-10
ABSTRACT  10-12
符号说明  12-13
第一章绪论  13-20
  1.1 材料三阶非线性光学性能的研究背景及意义  13-14
  1.2 三阶非线性光学材料的研究现状  14-16
  1.3 三阶非线性光学材料的应用  16-19
    1.3.1 全光开关方面的应用  16-18
    1.3.2 光限幅方面的应用  18-19
  1.4 本论文的研究目的和主要内容  19-20
第二章非线性光学原理  20-26
  2.1 引言  20
  2.2 非线性光学效应的原理  20-26
    2.2.1 介质的非线性极化  21-22
    2.2.2 三阶非线性折射率  22-24
    2.2.3 非线性吸收  24-26
第三章 Z扫描方法的理论推导  26-34
  3.1 三阶非线性光学性能常用的几种表征方法  26
  3.2 Z扫描方法的理论推导  26-33
    3.2.1 不考虑非线性吸收时Z扫描的理论推导  28-31
    3.2.2 考虑非线性吸收时Z扫描的理论推导  31-33
  3.3 三阶非线性极化率x(3)和分子二阶超极化率γ的计算方法  33-34
第四章实验  34-53
  4.1 Z扫描实验装置的搭建  34-36
  4.2 样品的合成  36-37
  4.3 BuCu的三阶非线性光学性能研究  37-41
  4.4 BuCo的三阶非线性光学性能的研究  41-43
  4.5 EtCo的三阶非线性光学性能和光限幅性能研究  43-48
    4.5.1 EtCo的三阶非线性光学性能研究  43-46
    4.5.2 EtCo的光限幅性能的研究  46-48
  4.6 BuCu,BuCo和EtCo的三阶非线性光学性能的比较  48-52
    4.6.1 BuCo和EtCo的三阶非线性光学性能比较  48-50
    4.6.2 BuCo和BuCu的三阶非线性光学性能比较  50-52
  4.7 测量误差的讨论  52-53
第五章总结  53-56
参考文献  56-64
致谢  64-66
攻读硕士期间已发表文章及所获主要奖励  66-67
学位论文评阅及答辩情况表  67

三种DMIT金属有机配合物材料的三阶非线性光学性能的研究

内容摘要

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