三阶非线性光学材料分解

1、材料的光学非线性及其测量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 强光场或其它外加场的扰动原子或分子内除线性振动外还电容率受到偏离线性的附加扰动，材料的极化响变为时间或空间的函数，材料的与光波电场存在非线性应关系。材电料的子的运动材料的非线性极：化 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：光与材料的相互作用非线性光学非线性光学非线性光学非线性光学: 强激光与物质相互作用强激光与物质相互作用强光和弱光的划分强光和弱光的划分: 比较比较 E与与 E 的大小的大小 E: 光场的强度光场的强度 E: 组成物质的分子或原子内部的组成物质的分子或原

2、子内部的平均电场强度平均电场强度线性关系线性关系强激光，强激光，E与与 E可比拟可比拟, 光场与物质作用的非线性关系明显光场与物质作用的非线性关系明显. 如光学倍频和混频如光学倍频和混频, 光学参量与振荡光学参量与振荡, 自聚焦自聚焦, 光学相位共轭光学相位共轭, 光的受激散射光的受激散射, 光致透明光致透明, 多光子吸收多光子吸收.普通光源的光普通光源的光,1EE00ijiijjjiPPEE 引起的满足线性关系式中为极化率， 为真空电容极化。电强 率度较弱光波料由电场材：材料的非线性极化 强光场或其它外加场的扰动导致不同频率光波之间的，能量耦合频率、振幅、偏振及传从而是入射光波的发生改变。播

3、方向非线性极化引起材料的变化，光学性质材料的非线性光学效应：10ijijkijklijjjjkkjjkklljkljkliPPEEEEEEEEEE（）（2）（3）引起的满足非线性关系式中、分别为电场、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。电极化强度 较强光波电材料：场由（激光）材料的非线性极化产生产生和频差频光整流四波混频受激散射 、和等 光致折射率变化效应过程；、和等现象，二次谐波三次谐波二次非线性极化三次非线性极化二次的非线性极化3)ijk 1212312312312非线性光学材料内（12；当= ，=2 时，所产生的谐波称为当=时，所

4、产生的谐波称为统称为；当=时，所产生的谐波称为当=0时，产生直流电极化称为。倍频光和频混频差频光整流和的两束光耦合作用：一般只产生在有对称晶格的各向异性介质中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33)3 ,iijklP 24421234（3）非线性光学材料内（131；四波混频三倍频效、当出现第四种频率的极化波， 进而辐射出的光波现象称为当基频波时，此效应称为， 应三 由辐射出的光波称为谐波。次和的：三束光耦合作用又通过 = + 的简并四波混频，得到频率仍然是的三阶极化P()(3)： 2130100203, ,1PEEnnnnEnI 光致折射率变化效应：原子核核外电子层折射光入

5、射光原子核畸变的核外电子层强入射光折射光禁带导带光子2中间能级双光子吸收过程三阶非线性的应用与材料一、研究背景信息存储 三次谐波产生全光网络开关 激光频率调谐 光限幅器超连续光谱产生 波长转换器三阶非线性光学晶体半导体有机物高聚物金属有机物非线性材料玻璃非线性材料种类优良的非线性材料l具有一定的非线性系数l在工作波长具有较好的透明度l在工作波长具有较快的响应时间l具有较高的光损伤阈值l能制成具有足够尺寸、光学均匀的块状l物化性能稳定，易于进行各种加工材料 (m2W-1) (cm-1)品质指数 FGaAs/GaAlAs （半导体）10-8103102Polydiacetylenes （有机聚合物

6、）10-1510104Glass（玻璃）(Pb Glass, Ti Glass)10-1810-2105表1 几种非线性光学材料的性能玻璃化学组成mol()no (3)(10-14esu) (10-20m2W-1)BeF2（氟化铍）1.280.0780.75FluoroberyllateB-102（铍酸氟）48.5BeF2 ,26.7KF ,13.8CaF2 ,9.9AlF3,1.1NdF31.34#0.111.0FluorophosphateE-115（磷酸氟）17.9Al(PO3) 3 ,54.2NaF ,26.9Ca2 ,1.0NdF31.470.312.4SiO21.450.362.7

7、BorosilicateBK-7（硼硅酸盐）74SiO2 ,10B2O3,9.5Na2O,5.5K2O1.510.513.4表2 几种低折射率玻璃的光学性能注：除带#为587.6nm波长外，其余均为1.06m波长。 玻璃化学组成mol() (m)no (10-20m2W-1) (3)(10-14esu)SchottSF-56（氟化硫）1.061.75265.1CorningQS（硅酸盐）40PbO,40SiO21.061.94348.0OthersK-1261(NBS)79TeO2,20Na2O31.061.995112As2 S3 （硫化砷）1.062.48174表3 几种高折射率商用玻璃的

8、光学性能 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。玻璃非线性光学材料玻璃非线性光学材料： 对不同玻璃系统进行的旨在提高玻璃非线性光学折射率的研究，是近十多年来无机非金属材料领域中的热门课题。在研究玻璃的非线性折射率时，引入了一个与玻璃组分有关的新概念离子超折射度(hyperpolarizability)3，并且提出了与三次极化张量(3)的关系：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。 1041310esu 33/24iiLN a 41201nPb2+W6+Ba2+Nb5+V5+Ti

9、4+Te4+玻璃玻璃加入有着高阳离子极化率的加入有着高阳离子极化率的金属离子会形成具有很高极金属离子会形成具有很高极化率的基团，电子云容易发化率的基团，电子云容易发生变形，有望改善生变形，有望改善铋酸盐铋酸盐玻玻璃的三阶非线性光学极化率。璃的三阶非线性光学极化率。 阳离子阳离子P5+B3+Si4+Mg2+Te4+Sb3+Bi3+Pb2+极化率极化率A30.0210.0020.0330.0881.5951.1111.5083.623阳离子阳离子Na+K+Ti4+V5+Nb5+Ta5+W6+Mo6+极化率极化率A30.1750.8181.9190.1231.0350.9750.1450.165阳离

10、子极化率阳离子极化率Bi3+玻璃非线性与光谱的关系玻璃非线性与光谱的关系 对于大多数绝缘体玻璃来说，吸收截至处的光吸收都是以间接跃迁（能带之间的跃迁需要吸收一个声子）的形式完成的。240(/)()ggG hEn esuKn E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。0.00.81.0-0.04-0.020.000.020.040.060.08 G, n0n2E4opg/Kh/Eopg 理论曲线 Bi2O3-B2O3-TiO2硫系玻璃：由于阴离子硫对氧的替换，其(3)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10-1

11、0 esu）。不过由于硫属玻璃的本征吸收最小值位于46um (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。重金属氧化物玻璃：由于重金属离子（Bi3+，Pb2+，Te4+）有着大半径和高级化率，因此在其中掺杂少量传统玻璃形成体（SiO2，B2O3等）或者网络调整体（TiO2，Nb2O5等）时可以形成具有高透过率，高机械性能以及高化学稳定性的玻璃。这些重金属氧化物玻璃一般具有高折射率，高红外透过率以及高非线性性能（(3)最高能达到10-11esu），而且制备简单

12、。几种非线性光学玻璃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导带价带带隙光子中间虚能级反饱和吸收（多光子吸收）导带价带带隙光子激发态饱和吸收（电子弛豫时间远大于激光脉宽）Z扫描实验装

13、置平台小孔样品全反镜钛宝石可调谐飞秒激光器探测器1探测器2双通道功率计双凸镜步进马达控制器Z三阶非线性三阶非线性Z扫描测试系统原理图扫描测试系统原理图半反半透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和非线性吸收系数的有力工具。Z扫描测量的基本原理+Z0-Z样品凸透镜半反镜接收器1接 收器2激光源小孔 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。 荧光强度、波长分布随时间的变化荧光强度、波长分布随时间的变化 吸收随时间的变化吸收随时间的变化 折射率随时间的变化折射率随时间的变

14、化常用探测器的响应时间，时间分辨率： 光电探测器光电探测器 光电光电二极管：二极管： 1ns（载流子产生（载流子产生, 迁移迁移, 复合）复合） 光电倍增管：光电倍增管： m ms, 光电子多级放大光电子多级放大 热释电探头：热释电探头： 1ms 高速示波器高速示波器 100-500MHz - -10-2 ns 条纹相机条纹相机 0.52ps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。探测光一般采用（准）连续光。探测光一般采用（准）连续光。单色仪单色仪Sampleprobepump探测器探测器tTns过程过程: 光电探头光电探头+高速存储示波器，直接记录随时间的变化曲线

15、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）曲线，并存储起来）ps过程过程: 条纹相机条纹相机 0.52ps飞秒过程 其变化速度远大于探测器的响应速度l若采用若采用（准）连续光来探测，由于探测器件反应（准）连续光来探测，由于探测器件反应太慢，就会将探测光的强度变化作平均。因此不太慢，就会将探测光的强度变化作平均。因此不能获得准确的超快过程的信息，即使泵浦光脉冲能获得准确的超快过程的信息，即使泵浦光脉冲达到飞秒量级，也无济于事。达到飞秒量级，也无济于事。解决

16、办法：泵浦解决办法：泵浦-探测技术探测技术 Pump-probe最初称为 Excite-probe最简单的飞秒光谱学方法：泵浦-探测技术DelaySlow detectorpumpSampleLensprobe探测光也是超短脉冲探测光也是超短脉冲，在一定的相对延时，在一定的相对延时t t下，探测器下，探测器只记录该时刻的探测光强。只记录该时刻的探测光强。（曲线上的一点）（曲线上的一点）改变泵浦和探测脉冲的相对延迟时间，改变泵浦和探测脉冲的相对延迟时间，逐点记录逐点记录，得到，得到时间分辨的光谱时间分辨的光谱tT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Lock-in 参考频率参

17、考频率输入信号输入信号功能功能：将输入信号进行傅立叶变换分解，并滤出含有：将输入信号进行傅立叶变换分解，并滤出含有 参考频率参考频率 的成分，作为输出信号。的成分，作为输出信号。使用锁相放大器，提高信号的灵敏度 通常通常泵浦泵浦-探测信号很弱探测信号很弱（三阶非线性效应），探测光强度的相对变化量通（三阶非线性效应），探测光强度的相对变化量通常在常在0.011%范围。因而范围。因而信号容易被探测光的强背景所掩盖信号容易被探测光的强背景所掩盖。 斩波器以固定频率斩波器以固定频率 调制泵浦脉冲调制泵浦脉冲，引起样品吸收周期性的变化，引起样品吸收周期性的变化，锁相放锁相放大器检测出含有这个频率的信号大

18、器检测出含有这个频率的信号。可扣除探测光的强背景可扣除探测光的强背景，大大提高灵敏度。，大大提高灵敏度。最高可达几个数量级。最高可达几个数量级。DelayChopped pump pulse train探测 pulsetrainChopperSlow detectorSampleLock-indetector斩波频率斩波频率 100HzDIprobeIprobe探测的精度和范围-0.20.00.81.01.2050100150200250DTDelay Time (ps)cltDD2延迟线步长 Dl: 0.1mm Dt=0.667 fs 移动0.15 mm 延迟 1 ps 延

19、迟线总长度30cm 量程 2nsDelay泵浦-探测信号的实际构成DSampleprobepumpt t r rv通常采用通常采用相同周期相同周期的两个脉冲列来对样品进行激发和探测。的两个脉冲列来对样品进行激发和探测。v对每个延迟时间对每个延迟时间t t，探测器在一定的积分时间内对信号光，探测器在一定的积分时间内对信号光强作平均强作平均,得到一个数据。得到一个数据。v不断改变延时不断改变延时t t，不断作积分、平均，最终得到一条探测，不断作积分、平均，最终得到一条探测光强随延时变化的曲线。光强随延时变化的曲线。v脉冲的重复率越高，信噪比越好。脉冲的重复率越高，信噪比越好。 钛宝石激光振荡器：钛

20、宝石激光振荡器：80-100MHz. (Tr 10ns) 激光放大器：激光放大器：1KHz (Tr 1ms)泵浦-探测实验要注意的事项lTprobe=Tpump，泵浦和探测，泵浦和探测脉冲序列的周期脉冲序列的周期必须在严格必须在严格一致一致。（同一激光。（同一激光系统产生：振荡器或放大器）系统产生：振荡器或放大器）lIprobeIpump，否则样品对探测脉冲的吸收可能呈非线性，会对测量信，否则样品对探测脉冲的吸收可能呈非线性，会对测量信号产生不好的影响。（一般选号产生不好的影响。（一般选 强度比强度比 1：10，1：5）l样品的能态寿命样品的能态寿命 脉冲周期脉冲周期Tr，避免产生累积效应。，

21、避免产生累积效应。 （必须根据材料的特性，来选择适当脉冲重复率的激光系统）（必须根据材料的特性，来选择适当脉冲重复率的激光系统）l样品样品在泵浦脉冲的反复激发下在泵浦脉冲的反复激发下无损伤、形变等不可逆变化无损伤、形变等不可逆变化，性质保持不，性质保持不变。变。 (要注意泵浦光的强度要注意泵浦光的强度)l如果作饱和吸收，首先要确定样品对泵浦探测脉冲有吸收。如果作饱和吸收，首先要确定样品对泵浦探测脉冲有吸收。我的研究均匀基质非线性玻璃新型非线性玻璃材料均匀的基质玻璃系统 根据线性折射率决定非线性折射率的经验，以及避免研究重复性。本人主要研究以下玻璃系统：TeO2Bi2O3基玻璃：lTeO2Bi2

22、O3BaOlTeO2Bi2O3TiO2Bi2O3B2O3基玻璃：lBi2O3B2O3BaOlBi2O3B2O3TiO2TeO2Bi2O3BaO玻璃系统CationPolarizability A3P5+0.021B3+0.002Si4+0.033Na+0.175K+0.818Mg2+0.088Ba2+1.519V5+0.123Nb5+1.035Ta5+0.975W6+0.145Mo6+0.165Pb2+3.623Sb3+1.111TeO2-Bi2O3-XaOb ?助熔增强玻璃形成增加玻璃均匀性玻璃形成区020406080100020406080100020406080100 Bi2O3BaOT

23、eO2 玻璃 半玻璃 陶瓷称量10g熔融950淬火图. TeO2-Bi2O3-BaO准三元系统的玻璃形成区玻璃样品的选择350420490560630700770840910010203040506070 Absorption coefficient (cm-1)Wavelength (nm)SampleNo.Composition (mol%)Density(g/cm3)n0TeO2Bi2O3BaOTBB1-4020406080100020406080100020406080100 Bi2O3BaOTeO2TBB1TBB2TBB3TBB4图. 研究样品的吸收光谱TBB1 70 5 25 5.

24、427 2.051TBB2 70 10 20 5.546 2.108TBB3 75 5 20 5.292 2.083TBB4 80 15 5 6.371 2.164SampleNo.Composition (mol%)(1018 m2/W)(1011 m/W)(3)(1012 esu)TeO2Bi2O3BaOTBB1705251.5432.5912.40TBB27010201.4881.0371.78TBB3755201.7954.1413.49TBB4801552.8722.1063.74玻璃的三阶非线性参数 Nonlinear refraction , nonlinear absorpti

25、on coefficient , third-order nonlinear susceptibility (3)-5-4-3-2-101234 Normalized transmittanceZ/Z01.7Z0(a)-25-20-15-10-505101520250.970.980.991.001.01 (b)Normalized transmittanceZ (mm)图. 样品TBB4的Z扫描曲线（a）闭孔，（b）开孔Journal of Non-Crystalline Solids, 2011, 357: 2219 TiO2相对于BaO的优点：l高折

26、射率（2.6）l高配位数（4，6配位）l高机械强度和稳定性TeO2Bi2O3TiO2玻璃系统TeO2Bi2O3TiO2玻璃系统SampleNominalComposition (mol%)n0Eopg(eV)(m-1)TeO2Bi2O3TiO2TBT1900101.97572.876120.90TBT2855102.14892.698124.11TBT3851052.11522.715125.59TBT48010102.18082.650149.02TBT5801552.18702.641144.080.51.01.52.02.53.03.54.002468101214 Photon ener

27、gy E (eV)(aE)1/2 (cm-1eV)1/2图. TBT玻璃的吸收光谱图. 样品TBT1的Tauc曲线-5-4-3-2-10123450.900.961.021.081.14Normalized transmittance Z/Z01.7Z0(a)-10-8-6-4-202468100.870.900.930.960.991.02(b) Z/Z0Normalized transmittance 0.540.550.560.570.580.5 hv/Eopgcm/GW玻璃的三阶非线性参数玻璃的三阶非线性参数Sample(10-18m2/W)(10

28、-11m/W)(3)(1012 esu)TBT11.8361.4832.89TBT24.2110.7424.34TBT31.2631.3592.54TBT44.1960.5994.24TBT55.1081.0534.65图. 样品TBT1的Z扫描曲线（a）闭孔，（b）开孔图. 双光子吸收系数与归一化光子能量E/Eopg的变化趋势 45%Optical Materials, 2010, 32: 868 Bi2O3B2O3基玻璃系统成玻性好：玻璃的Bi2O3含量能够达到90 mol%图. Bi2O3B2O3二元玻璃相图图. Bi2O3B2O3二元玻璃折射率分布线性折射率高：能达到2.6Bi2O3B

29、2O3-BaO三元玻璃系统 Ceramic GlassB2O3BaOBi2O39080706050 Opal Glass10203040(mol %)4505005506000123 Optical density /a.u.Wavelength /nm BBB4 BBB3 BBB2 BBB151015202.0662.0682.0702.0722.0742.0762.0782.080 BaO (mol%)Refractive Index n0图. Bi2O3B2O3BaO三元玻璃形成区图. Bi2O3B2O3BaO三元玻璃的吸收光谱图. Bi2O3B2O3BaO三元玻璃的线性折射率 Jour

30、nal of Wuhan University of Technolotgy, 2010, 24(5): 716 Bi2O3B2O3-BaO玻璃的三阶非线性-8-6-4-2024680.850.900.951.001.051.101.15 Nomalized transmtitanceZ/Z0-8-6-4-2024680.850.900.951.001.051.101.15 Nomalized transmtitanceZ/Z0+-5-4-3-2-10123450.750.800.850.900.951.001.051.101.15 Data FittingNormalized transmi

31、ttanceZ/Z0由于玻璃的非线性吸收效应非常明显，因此可以从一个闭孔的Z扫描曲线中，分离出非线性折射部分（NR）以及非线性吸收部分（NA）。1.7 Z0NANRBi2O3B2O3-BaO玻璃的三阶非线性0.660.680.700.720.740.760.00.81.01.82.0 (cm/GW)hv/EopgSample (in molar%) (10-14 cm2/W) (cm/GW)750nm800nm850nm750nm800nm850nm60Bi2O3-35B2O3-5BaO0.9740.8260.7090.5300.3061.96360Bi2O

32、3-30B2O3-10BaO1.5131.5191.1260.2640.3830.35160Bi2O3-25B2O3-15BaO7.2003.3131.7830.1700.4480.657图. 双光子吸收系数随归一化光子能量hv/Eopg的变化曲线 Chinese Optics Letters, 2010, 8(1): 70 45678910111213141516012345678910 BaO (mol%)10-13 esu 800nm 850nm图. 在800和850nm波长下(3)值与BaO含量的变化 Bi2O3B2O3-TiO2三元玻璃系统 Bi2O3B2O3TiO2图. Bi2O3

33、B2O3TiO2三元玻璃形成区图. 70Bi2O320B2O310TiO2(mol%)玻璃照片Bi2O3B2O3-TiO2三元玻璃系统Sample (mol%)Density /gcm-3n0 Eopg /eV/10-14cm2W-1 /cmGW-1(3) /10-12esuNo.Bi2O3B2O3TiO2BBT1702556.9662.13522.2032.3021.2080.664BBT27020107.0122.16982.1565.0501.4391.505BBT37015157.1842.20792.1238.8532.8252.7314505005506006507000.00.5

34、1.01.52.02.53.0 Absorption indentity (A. U.)Wavelength /nm BBT1 BBT2 BBT3-30-20-1001020300.91.0 Normalized transmittanceZ /mm图. 玻璃样品BBT3的闭孔Z扫描曲线 图. 玻璃样品可见波段的吸收光谱 Physica B, 2009, 404: 2012 19%与国内外研究结果的对比Sample compositond(g/cm3) 0.001n0 0.001Eopg(eV) 5%(1018 m2/W) 30%(1011 m/W) 30%

35、(3)(1012 esu) 40%80TeO2-15Bi2O3-5BaO 6.3712.1642.9562.8722.1063.7480TeO2-15Bi2O3-5TiO22.18702.6415.1081.05360Bi2O325B2O315BaO6.5552.0782.1473.3130.4480.9170Bi2O3-15B2O3-15TiO27.1842.20792.1238.8532.8252.73176TeO220Nb2O54BaO12.0722.711.722.9570TeO210Bi2O320ZnO26.1602.1452.630.590.6690GeS25Ga2S35CdS32

36、.122.703.51.085GeS211Ga2S34CsI43.062.1602.5763.11.452.7970Bi2O315ZnO10Li2O5BaO58.3582.321.6425Bi2O3-37.5B2O3-37.5ZnO 61.910.2946PbO-10Ga2O3-42.6Bi2O3-1.4BaO72.31.670TeO2-20ZnO-5Na2O-5Nb2O580.35360TeO2-40PbO92.212.839.1TeO2102.4523.72.7665.1205.351T. Hayakawa, M. Hayakawa, M. Nogami and P. Thomas, Op

37、tical Materials 32 (2010), p. 448.2E. Yousef, M. Hotzel and C. Rssel, Journal of Non-Crystalline Solids 353 (2007), p. 333.3X. F. Wang, Z. W. Wang, J. G. Yu, C. L. Liu, X. J. Zhao and Q. H. Gong, Chemical Physics Letters 399 (2004), p. 230.4D. Marchese, M. De Sario, A. Jha, A. K. Kar and E. C. Smith

38、, J. Opt. Soc. Am. B 15 (1998), p. 2361.5H. Nasu, T. Ito, H. Hase, J. Matsuoka and K. Kamiya, Journal of Non-Crystalline Solids 204 (1996), p. 78.6A. S. L. Gomes, E. L. F. Filho, C. B. de Araujo, J. Appl. Phys. 2007, 101: 033115-033117. 7C. B. de Araujo, E. L. Falcao-Filho, A. Humeau, Appl. Phys. Le

39、tt. 2005, 87: 221904-221903.8F. E. P. dos Santos, F. C. Favero, A. S. L. Gomes, J. Appl. Phys. 2009, 105: 024512-024514. 9V. K. Rai, L. de S. Menezes and C. B. de Arajo. Appl. Phys. A: Mater. 2008, 91: 441-443. 10Y. Watanabe, M. Ohnishi, T. Tsuchiya, N. Ueda and H. Kawazoe, Journal of Applied Physic

40、s 78 (1995), p. 5840.量子点掺杂非线性玻璃均匀基质非线性玻璃新型非线性玻璃材料 Bi2O3B2O3TiO22323260Bi O -30B O -10TiO (mol%)150300450600750900440450460470480490 Tx390395400405410 ENDO Temperture (oC)TgTcTmEXOBest treating temperture TBi2O3B2O3TiO2微晶玻璃图. Bi2O3-B2O3-TiO2玻璃的形成区图. 60Bi2O3-30B2O3-10TiO2玻璃的DTA曲线(a)(b)(311)(220)(200)C

41、ounts (arb. units) (111)(c)243036424854602degrees Bi2O3图. 热处理前后玻璃的XRD图谱以及参考的PDF卡片，(a) 基质玻璃，(b) 7小时，(c) 9小时热处理样品202530354010002000300040005000600070008000 Intensity2 (degrees)(a)图. 基质玻璃及玻璃陶瓷的实物图（从左到右依次为：基质，处理6小时，7小时，8小时以及9小时样品） 图. 基质玻璃在2040o范围内的高分辨率XRD图谱 500550600650700750800850020406080 Transmittanc

42、e (%)Wavelength (nm) TGC2 TGC1 Host glass-25-20-15-10-505101520250.00.81.01.82.02.2Z (mm)Normalized transmittance TGC0 TGC2(a) -25-20-15-10-505101520250.81.01.8(b)Normalized transmittanceZ (mm) TGC2 TGC0图. 样品TGC0和TGC2的闭孔（a）和开孔（b）的Z扫描曲线 Samples (10-17m2/W) (10-11m/W)(3) (10

43、-11 esu)TGC0-1.64-1.672.12TGC2-2.14-5.532.75图. 基质玻璃样品，处理6小时和7小时样品的透过光谱 Journal of Non-Crystalline Solids, 2010, 256: 2786 350700105014001750210024500.00.51.01.52.02.53.03.5 Absorbance (a.u.)Wavelength (nm) Host 0.2wt% AgCl 0.6wt% AgCl 1wt% AgCl 5wt% AgCl吸收峰为Ag量子点的表 面 等 离 子 谐 振 峰（Surface Plasmon Reso

44、nance: SPR）即电子在金属颗粒表面引起振动的吸收峰。AgCl掺杂的Bi2O3-B2O3-SiO2玻璃Ag+/Ag0, E0=0.7996 VBi0/Bi3+, E0=-0.3172 VAg+ + Bi0 Ag0 + Bi3+图. AgCl掺杂的Bi2O3-B2O3-SiO2玻璃的吸收光谱Materials Research Bulletin, 2010, 45: 1501 AgCl掺杂的Bi2O3-B2O3-SiO2玻璃扫描电镜照片1. 基质玻璃的SEM照片2. 0.2 wt% AgCl 掺杂玻璃的SEM照片3. 5 wt% AgCl 掺杂玻璃的SEM照片132AgCl掺杂的Bi2O3

45、-B2O3-SiO2玻璃的能谱0481216050010001500200025003000 BiBiAgCPSEnergy (keV)BOAlSiBi图. 5 wt% AgCl 掺杂玻璃的能谱分布图证明玻璃中的确有银的存在AgCl掺杂的Bi2O3-B2O3-SiO2玻璃的能谱分析B: 10.91 wt%C: 4.6 wt%O:10.01 wt%Al: 3.06 wt%Si: 1.18 wt%Ag: 1.60 wt%Bi: 68.63 wt%B: 10.21 wt%C: 5.37 wt%O:10.35 wt%Al: 3.91 wt%Si: 1.07 wt%Ag: 0.9 wt%Bi: 69.1

46、9 wt%AgCl掺杂的Bi2O3-B2O3-SiO2玻璃的透射电镜照片图. 0.2 wt% AgCl 掺杂玻璃的TEM（透射电镜）照片0.3325 nmSilver-4H晶相（003）晶面（JCPDS-870598）图. 银纳米颗粒的高分辨率TEM照片纳米银颗粒与AgCl含量的关系F2maxA2 c/vr Dr的值只与 SPR吸收峰的半高宽（ FWHM） 和峰值波长max有关。银颗粒的平均半径r：0123451.01.52.02.53.03.5 Average size r (nm)AgCl concentration (wt%)图. 银颗粒的平均半径r与AgCl浓度的关系-10-8-6-4-2024681001234567-6-3036 1.7Z0 Host 0.2wt% 0.6wt% 1.0wt% 5.0wt% Z/Z0Normalized transimittance纳米银颗粒玻璃的Z扫描曲线以及非线性参数-20-15-10-5051015200.900.920.940.960.981.001.02Normalized transimittance The hostZ/Z0 0.2 wt% AgCl 1 wt% AgCl样品样品 (10-18 m2/W) (10-11 m/W) (3) (10-12 esu)T= / Host1.05