第24卷　第6期2003年11月　　　　　　　　　　　　　　　　　　应用光学　　　　　　　　　　　　　　　　　JOU RNAL O F A PPL IED O PT I CS V o l .24　N o.6N ovem ber,2003文章编号:1002-2082(2003)06-0035-03三阶非线性光学材料及其表征技术研究进展顾　兵(南京师范大学物理科学与技术学院,江苏南京　210042)摘　要:　介绍三阶非线性光学材料及其表征技术的研究进展。分析几种典型的三阶非线性光学材料及今后的发展趋势,指出介质物理材料的非线性光学特性将成为今后的研究热点。随着表征技术研究的进一步拓展,准波导技术将可能作为一种新的表征技术应用于非线性光学材料研究中。关键词:　三阶非线性光学;光学材料;表征技术中图分类号:TN 204-1　　　　　　文献标识码:B引言在光与物质的相互作用中,由于电磁场和物质体系中带电粒子的相互作用,介质中粒子的电荷分布将发生畸变,以至电偶极矩不仅与光波场有关,而且还与光波场的二次及高次项有关。这种非线性极化场将辐射出与入射场频率不同的电磁辐射,这就是光学非线形。原则上讲,光学非线性是构成物质的原子核及其周围电子在电磁波场作用下产生非简谐运动的结果。因此,可以说一切物质都具有光学非线性效应。然而这些效应能否表现出来并被人们观测到,取决于很多因素,如内在因素,介质本身结构方面的原因;外在因素,晶体生长和加工技术等等。由于这些条件的限制,就只有为数不多的材料可以作为实用的非线性光学材料。随着光学非线性效应材料在诸如光开关、光计算、光学双稳元件和光逻辑等方面潜在应用价值的增加,如何从理论上预言材料非线性效应的大小,如何在众多物质中找出具有大的非线性光学效应的材料,如何制备出具有大的非线性光学效应的新材料,特别是三阶非线性效应的新材料,一直是人们研究的热点。本文介绍三阶非线性光学材料及其表征技术的研究进展,分析几种典型的三阶非线性光学材料及今后的发展趋势,指出纳米团簇材料的非线性光学特性将成为今后的研究热点。分析了Z 扫描、简并四波混频等表征技术的原理和优缺点。本文作者认为准波导技术将有可能作为一种新的表征技术应用于非线性光学材料的研究中。1　三阶非线性光学材料在非线性光学的基础研究和应用实践中,一般要求材料具有大的非线性光学效应、快的非线性光学响应时间、满意的光学透明波段、好的位相匹配性能、优良的化学稳定性及易于加工成实用器件等特性。早期对非线性光学材料研究主要集中在无机铁电晶体材料上,随后扩展到无机半导体体相材料、有机半导体、半导体低维材料、功能配合物、团簇、有机及高分子化合物。近年来,围绕对光通讯及光计算的研究,人们正在研制和探索具有大的三阶非线性系数和快的响应时间的各种非线性光学材料。1.1　纳米复合材料随着薄膜制备技术和纳米加工技术的发展,人们采用诸如磁控溅射、离子注入、溶胶2凝胶、脉冲激光沉积等方法制备了纳米级低维材料。这些纳米金属团簇复合薄膜呈现出优良的非线性光学性质[1]。目前,人们对半导体化合物量子点材料和过渡金属氧化物半导体 介质纳米颗粒复合膜材料的光学非线性响应已有比较充分的研究。氢化纳米硅薄膜(N c 2Si ∶H )是近年来倍受关注的一类硅量子点材料,这种薄膜通常采用等离子体增强化学气相沉积生长,不需任何后处理过程即可形成嵌于a 2Si 基质薄膜中的纳米硅颗粒(纳米硅颗粒平均尺寸在3～6nm 范围内)。由于纳米硅颗粒的量子限制效应,从收稿日期:2002-10-18作者简介:顾兵(1974-),汉,男,江苏如东人,南京师范大学物理科学与技术学院助教,南京大学物理系硕士研究生,主要从事普通物理教学和非线性光学研究。53© 1995-2004 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.

三阶非线性光学材料及其表征技术研究进展