銀表面等離子諧振引起的三階光學(xué)非線性特性的研究【開(kāi)題報(bào)告】

1、畢業(yè)設(shè)計(jì)開(kāi)題報(bào)告畢業(yè)設(shè)計(jì)開(kāi)題報(bào)告通信工程通信工程銀表面等離子諧振引起的三階光學(xué)非線性特性的研究銀表面等離子諧振引起的三階光學(xué)非線性特性的研究一、選題的背景與意義從技術(shù)領(lǐng)域到研究領(lǐng)域，非線性光學(xué)的應(yīng)用都是十分廣泛的。例如：利用各種非線性晶體做成電光開(kāi)關(guān)和實(shí)現(xiàn)激光的調(diào)制；利用光學(xué)參量振蕩實(shí)現(xiàn)激光頻率的調(diào)諧；利用各種非線性光學(xué)效應(yīng)，特別是共振非線性光學(xué)效應(yīng)及各種瞬態(tài)相干光學(xué)效應(yīng)，研究物質(zhì)的高激發(fā)態(tài)及高分辨率光譜等。研究非線性光學(xué)對(duì)激光技術(shù)、光

2、譜學(xué)的發(fā)展以及非線性全光處理技術(shù)在光通信系統(tǒng)中的應(yīng)用等都有重要意義。非線性光學(xué)材料在光通訊、信息處理、射頻分配等方面發(fā)揮著不可替代的作用。非線性光學(xué)研究是各類(lèi)系統(tǒng)中非線性現(xiàn)象共同規(guī)律的一門(mén)交叉科學(xué)。目前在非線性光學(xué)的研究熱點(diǎn)包括：研究及尋找新的非線性光學(xué)材料。三階非線性光學(xué)材料由半導(dǎo)體、量子限域的半導(dǎo)體、金屬顆粒、有機(jī)物和無(wú)機(jī)玻璃構(gòu)成[12]。三階非線性光學(xué)材料在高頻高速光學(xué)加工技術(shù)中扮演著重要的角色。納米顆粒一介電復(fù)合材料顯示出優(yōu)良的

3、三階非線性光學(xué)性能，是應(yīng)用于未來(lái)全光器件的理想材料。其中，納米顆粒的尺寸、濃度、組成和結(jié)構(gòu)，基體的選擇，測(cè)試方法中選用的激光波長(zhǎng)和脈沖寬度等多種因素都對(duì)此類(lèi)復(fù)合材料的三階非線性光學(xué)性能有很大的影響，了解這些影響因素對(duì)材料的制備和應(yīng)用具有重要的指導(dǎo)意義。在此基礎(chǔ)上，研究指出貴金屬納米顆粒一復(fù)合材料具有更加優(yōu)異的三階非線性光學(xué)性能，是目前的研究熱點(diǎn)。金屬納米顆粒[3]具有較小的尺寸和大的表面體積比，由于量子限制效應(yīng)和表面效應(yīng)，表現(xiàn)出特殊的電

4、子和光學(xué)性質(zhì)迄今為止，研究者們已對(duì)金屬顆粒[4]摻雜濃度較低的復(fù)合材料的性質(zhì)做了大量研究，而摻雜濃度較高的材料受到的關(guān)注較少。玻璃是非常理想的光子學(xué)材料，由于玻璃具有在大部分波段透明、較好的化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性、較高的三階非線性光學(xué)極化率、較快的光響應(yīng)時(shí)間、易于成纖成膜、易于機(jī)械光學(xué)加工等優(yōu)點(diǎn)，使其成為全光開(kāi)關(guān)[5]的最佳候選材料之一，受到了研究者的普遍關(guān)注。傳統(tǒng)玻璃材料具有非常低的三階非線性極化率，引入小的金屬顆粒后可以大大增強(qiáng)三階光

5、學(xué)非線性[6]，金屬顆粒的表面等離子體共振可以導(dǎo)致非線性的增強(qiáng)。非線性光學(xué)玻璃由于與現(xiàn)有的光纖系統(tǒng)具有相容性和較快的響應(yīng)速度，因而引起人們的極大興趣。目前的研究工作集中于各種不同的玻璃系統(tǒng)[78]，可利用不同的非線性機(jī)制來(lái)提高非線性性能。隨著全光信息處理和光計(jì)算機(jī)研究的發(fā)展，三階非線性光學(xué)玻璃的原。因此，對(duì)摻雜銀納米復(fù)合材料玻璃的三階光學(xué)非線性機(jī)理的研究是十分必要的。二、研究的基本內(nèi)容與擬解決的主要問(wèn)題：研究的基本內(nèi)容：1、閱讀文獻(xiàn)，了

6、解摻雜銀納米顆粒玻璃以及三階光學(xué)非線性[1011]的相關(guān)知識(shí)。2、研究表面等離子體共振引起的光學(xué)性質(zhì)。3、通過(guò)查閱有關(guān)資料和分析比較，選擇合適的納米金屬顆粒摻雜玻璃的制備方法，制作摻雜銀納米顆粒的玻璃。4、測(cè)試摻雜銀納米顆粒玻璃的三階光學(xué)非線性。5、研究摻入不同濃度的銀納米顆粒對(duì)玻璃三階光學(xué)非線性特性的影響。擬解決的主要問(wèn)題：1、選擇折射率高、機(jī)械、化學(xué)穩(wěn)定性好的基質(zhì)玻璃組分是一個(gè)關(guān)鍵，它會(huì)嚴(yán)重影響銀納米顆粒的大小，三階光學(xué)非線性特性，

7、以及化學(xué)穩(wěn)定性等屬性。2、在以銀離子形式摻雜的情況下，金屬銀顆粒的濃度難以控制，濃度過(guò)高會(huì)使銀離子進(jìn)入玻璃網(wǎng)格而減小銀納米顆粒的數(shù)量，過(guò)低則會(huì)導(dǎo)致三階非線性強(qiáng)度減小，因此尋找最佳濃度配比是一個(gè)關(guān)鍵。3、在制備玻璃材料過(guò)程中，高溫熔融反應(yīng)的機(jī)理還不夠清楚，難以確定所得玻璃內(nèi)部包含粒子；納米顆粒析出所需的溫度和時(shí)間難以較好控制，這就使得納米顆粒尺寸以及分布不均勻。4、由于在熔制過(guò)程中引入了雜質(zhì)、玻璃中存在著氣泡或是玻璃液沒(méi)有攪拌均勻以及打磨

8、、拋光不夠光滑等工藝方面的問(wèn)題使得我們通常情況下制備的玻璃的光學(xué)均勻性不高，很難達(dá)到激光玻璃所需的要求，因此如何改進(jìn)熔制工藝，提高塊狀玻璃光學(xué)均勻性是一個(gè)急需解決的課題。5、在采用飛秒脈沖激光的Z掃描技術(shù)時(shí)，激光的入射波長(zhǎng)和激光功率強(qiáng)度將會(huì)影響玻璃的三階光學(xué)非線性特性，因此選取合適的激光入射波長(zhǎng)和激光功率是另一關(guān)鍵點(diǎn)。三、研究的方法與技術(shù)路線：本課題所采用的研究方法[1213]是熔融淬冷法。該方法工藝簡(jiǎn)單，成本低廉，可制備大尺寸和各種形