Sb2S3微晶掺杂SiO2凝胶玻璃的制备及非线性光学性能研究

论文摘要

非线性光学材料在未来光通讯领域有潜在应用前景，非线性光学玻璃由于其在光学领域的特殊优势受到人们的重视和研究。微晶掺杂玻璃作为非线性光学玻璃中的一大类，因其具有较大的三阶和二阶非线性系数而受到人们的青睐。而根据前人的研究表明，加入具有大折射率的物质有望提高玻璃的非线性性能，因此本文对Sb2S3微晶掺杂SiO2凝胶玻璃的制备与非线性光学性能进行了系统研究。本文利用综合热分析、X射线衍射、高分辨透射电镜研究了Sb2S3微晶掺杂二氧化硅凝胶玻璃的制备工艺，利用紫外可见近红外光谱、荧光光谱、三阶非线性的OKE技术、二阶非线性的Maker条纹法研究了Sb2S3微晶掺杂SiO2凝胶玻璃的非线性光学性能，并获得如下主要结论：制备了含有Sb2S3微晶的片状SiO2凝胶玻璃，Sb2S3在SiO2凝胶玻璃中的理论最大掺杂含量为6wt％，晶粒尺寸在2～5nm之间，并随着热处理温度的升高，时间的延长和掺杂含量的增加而长大；Sb2S3微晶掺杂SiO2凝胶玻璃的紫外截止边随着晶粒的减小而发生蓝移现象，具有明显的量子尺寸效应：该玻璃还具有明显的荧光效应，并随着热处理时间的延长和温度的升高，荧光峰发生红移并且强度降低；Sb2S3微晶掺杂的SiO2凝胶玻璃具有明显的三阶非线性效应，其响应时间为260fs，三阶非线性系数为3.848×10-13esu，其超快非线性响应归属于半导体微晶中费米面附近电子的带内跃迁和颗粒置入基质结构的区域场增强效应；Sb2S3微晶掺杂的SiO2凝胶玻璃在热电极化和电子束辐射下可以观察到明显的Maker条纹，在入射角±50～60°，SHG强度出现最大值；热电极化的最佳极化温度为170℃；在电子束辐射下，SH强度跟极化条件和微晶的尺寸有很大关系，并随着时间的延长发生缓慢的驰豫，在所研究的条件下，Sb2S3微晶掺杂SiO2凝胶玻璃的二阶非线性系数最大值为2.21pm／V；TSDC测试证明极化层处于样品表面10μm内的区域。

论文目录

• 中文摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 三阶非线性光学玻璃的研究现状
• 1.3 二阶非线性光学玻璃的研究进展
• 1.3.1 玻璃中激光诱导的SHG
• 1.3.2 电场/温度场极化玻璃中的SHG
• 1.3.3 电子束辐射极化玻璃的SHG
• 1.4 选题的目的意义及研究内容的提出
• 第二章 基础理论
• 2.1 非线性光学的基本理论
• 2.2 Maker条纹法测试二阶非线性原理及计算方法
• 2.3 光克尔效应测试三阶非线性的基本原理及计算方法
• 第三章 制备工艺的研究
• 3.1 微晶掺杂玻璃的制备工艺
• 3.2 测试及表征
• 3.3 结果及讨论
• 3.3.1 差热分析
• 3.3.2 X射线衍射测试分析
• 2基体中微晶掺杂含量的确定'>3.3.2.1 SiO₂基体中微晶掺杂含量的确定
• 3.3.2.2 热处理后样品中微晶的确定
• 3.3.3 高分辨透射电镜分析
• 2S₃微晶的晶格常数'>3.3.3.1 Sb₂S₃微晶的晶格常数
• 3.3.3.2 热处理时间对微晶大小和形貌的影响
• 3.3.3.3 热处理温度的对微晶的大小和形貌的影响
• 3.3.3.4 半导体掺杂物浓度的影响
• 3.4 制备大块片状玻璃的影响因素
• 3.5 本章小结
• 第四章 非线性光学性能研究
• 4.1 实验样品的准备
• 4.1.1 热极化及样品的准备
• 4.1.2 电子束辐射极化及样品的准备
• 4.2 测试及表征
• 4.3 测试结果及分析
• 4.3.1 中远红外光谱分析
• 4.3.2 紫外可见（UV-Vis-NIR）光谱分析
• 4.3.3 荧光光谱分析
• 4.3.4 折射率分析
• 4.3.5 三阶非线性光学性能测试及分析
• 4.3.6 热极化条件下的二阶非线性光学性能
• 4.3.6.1 二阶非线性测试结果
• 4.3.6.2 分析与讨论
• 4.3.7 电子束辐射极化条件下的二阶非线性光学性能
• 4.3.7.1 二阶非线性测试结果及分析
• 4.3.7.2 极化条件对二阶非线性测试的影响
• 4.3.7.3 微晶的大小对二阶非线性光学性能的影响
• 4.3.7.4 分析与讨论
• 4.4 热诱导去极化电流（TSDC）的分析
• 4.4.1 TSDC测试原理
• 4.4.2 TSDC的测试结果及讨论
• 4.5 二阶非线性光学效应的热稳定性研究
• 4.6 本章小结
• 第五章 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间已发表或已接收论文目录
• 致谢