透明微晶玻璃的二阶非线性光学效应研究

论文摘要

随着信息时代的到来，二阶非线性光学材料在高速光通讯、光信息处理以及光学存储等众多领域有着非常广阔的应用前景，而透明微晶玻璃由于具有较大的波长透过范围，高的损伤阈值，良好的化学稳定性和热稳定性，高的光子响应速度等，使之成为一种颇具应用潜力的二阶非线性光学材料。本文采用熔融-淬冷法制备了16Li2O-2Nb2O5-80B2O3-2TiO2，62TeO2-8BaO-8TiO2-22Li2O和x1TiO2-x2BaO-x3B2O3（x1=2，4，8，12，16；x2：x3=8：9）三个体系的基础玻璃，运用DSC（差示扫描量热仪）对基础玻璃进行热分析以选择合适的热处理条件，运用XRD、SEM和透射光谱等技术研究微晶组成、形貌和微晶玻璃的透过率。采用Maker条纹法研究了不同热处理条件下，微晶玻璃的二阶非线性光学效应及其产生机理。在16Li2O-2Nb2O5-80B2O3-2TiO2体系玻璃中，于530℃条件下分别对基础玻璃进行1h、3h、5h热处理，热处理后玻璃透过率显著降低，XRD测试结果表明获得了含LiNbO3微晶的透明微晶玻璃。Maker条纹测试结果表明，微晶玻璃具有明显的二阶非线性光学效应，这是因为玻璃中的LiNbO3微晶优先在玻璃表面生长，破坏玻璃的各向同性，诱导了二次谐波的产生。在62TeO2-8BaO-8TiO2-22Li2O体系玻璃中，采用不同热处理温度、不同热处理时间对基础玻璃进行热处理。Maker条纹对热处理后微晶玻璃的测试结果表明微晶玻璃具有明显的二阶非线性光学效应，这是因为玻璃中的Li2TeO3微晶择优取向生长，破坏了玻璃的各向同性，诱导了二次谐波的产生。在x1TiO2-x2BaO-x3B2O3体系玻璃中，对x1=2、4、8、12、16等5个不同组分的样品分别进行不同热处理条件下的析晶，结果表明x1=4、8、12组分玻璃在较低温度下620℃即可析晶，而x1=2、16组分玻璃需要在较高的热处理温度和较长的热处理时间下才能析晶。析晶后样品的XRD测试结果表明微晶玻璃中析出了β-BaB2O4和BaTi（BO3）2两种晶体。对x1=4组分样品的场发射扫描电镜测试结果表明：在热处理时间较短的条件下晶体颗粒分散在玻璃的表面，随着退火时间的延长晶体颗粒逐渐长大，620℃热处理8h析晶层的厚度约为25μm，晶体颗粒粒径约为1μm，此时二阶非线性系数达最大值15pm／V。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景和意义
• 1.2 研究现状
• 1.2.1 电场-温度场极化
• 1.2.2 激光极化诱导
• 1.2.3 电子束辐射
• 1.2.4 热处理
• 1.2.4.1 研究现状
• 1.2.4.2 玻璃的核化晶化理论与玻璃的稳定性判据
• 1.3 问题的提出
• 1.4 本文的工作
• 第2章 非线性光学的基本原理及二阶非线性光学性能的测试
• 2.1 引言
• 2.2 非线性极化与二次谐波系数
• 2.3 二阶非线性光学性能的测试原理及测试仪器
• 2.3.1 Maker条纹法测试原理
• 2.3.2 应用Maker条纹法计算微晶玻璃的非线性光学系数
• 2.3.3 测试仪器
• 2O-Nb₂O₅-B₂O₃-TiO₂透明微晶玻璃的二阶非线性光学效应研究'>第3章 Li₂O-Nb₂O₅-B₂O₃-TiO₂透明微晶玻璃的二阶非线性光学效应研究
• 3.1 引言
• 3.2 实验
• 3.2.1 基础玻璃的制备
• 3.2.2 测试方法介绍
• 3.2.3 玻璃的DSC分析及微晶玻璃的制备
• 3.2.4 微晶玻璃的XRD测试
• 3.2.5 紫外-可见透过光谱测试
• 3.2.6 微晶玻璃的SHG研究
• 3.3 本章小结
• 2-BaO-TiO₂-Li₂O透明微晶玻璃的二阶非线性光学效应研究'>第4章 TeO₂-BaO-TiO₂-Li₂O透明微晶玻璃的二阶非线性光学效应研究
• 4.1 引言
• 4.2 实验
• 4.2.1 基础玻璃的制备
• 4.2.2 玻璃的DSC分析及微晶玻璃的制备
• 4.2.3 微晶玻璃的XRD测试
• 4.2.4 紫外-可见透过光谱测试
• 4.2.5 微晶玻璃的SHG研究
• 4.3 本章小结
• 2-BaO-B₂O₃透明微晶玻璃的二阶非线性光学效应研究'>第5章 TiO₂-BaO-B₂O₃透明微晶玻璃的二阶非线性光学效应研究
• 5.1 引言
• 5.2 实验
• 5.2.1 基础玻璃的制备
• 5.2.2 测试方法介绍
• 5.2.3 基础玻璃的透过率及FTIR测试
• 5.2.4 微晶玻璃的制备及二阶非线性光学效应的研究
• 5.2.4.1 2%组分微晶玻璃的制备及二阶非线性光学效应的研究
• 5.2.4.2 4%组分微晶玻璃的制备及二阶非线性光学效应的研究
• 5.2.4.3 8%组分微晶玻璃的制备及二阶非线性光学效应的研究
• 5.2.4.4 12%组分微晶玻璃的制备及二阶非线性光学效应的研究
• 5.2.4.5 16%组分微晶玻璃的制备及二阶非线性光学效应的研究
• 5.2.5 热处理时间对SHG强度的影响
• 5.2.6 热处理温度对SHG强度的影响
• 2含量对SHG强度的影响'>5.2.7 TiO₂含量对SHG强度的影响
• 5.3 本章小结
• 第6章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的论文