金屬納米顆粒在鉍酸鹽玻璃中的制備與三階非線性光學(xué)特性研究.pdf

1、鉍酸鹽玻璃是一種性能優(yōu)良的新型重金屬氧化物玻璃，它有著較硼硅酸鹽等傳統(tǒng)氧化物玻璃更高密度、高線性和非線性折射率以及較寬的紅外透過范圍，因此被認(rèn)為是實(shí)現(xiàn)全光開關(guān)的最佳候選材料之一。另一方面，金屬納米顆粒作為一種重要的納米材料，能夠在一定光譜范圍內(nèi)產(chǎn)生表面等離子諧振（SPR）效應(yīng)從而極大地增強(qiáng)納米金屬復(fù)合玻璃材料在該光譜范圍內(nèi)的線性和非線性光學(xué)性能。本文將金屬納米顆粒引入鉍酸鹽玻璃中，擬通過鉍酸鹽玻璃連續(xù)的熔融退火過程中自身的熱化學(xué)還原效應(yīng)

2、，實(shí)現(xiàn)高光學(xué)品質(zhì)納米金屬復(fù)合玻璃材料的制備，并對(duì)復(fù)合材料的微觀結(jié)構(gòu)和其非線性光學(xué)性能進(jìn)行了系統(tǒng)研究。在相關(guān)理論研究的基礎(chǔ)上對(duì)制備工藝進(jìn)行設(shè)計(jì)與優(yōu)化，最終獲得SPR覆蓋通信波段的新型納米金屬復(fù)合玻璃材料。主要進(jìn)行了以下幾方面的研究：
　　(1)研究了Bi2O3-B2O3二元系統(tǒng)玻璃的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)形成與光學(xué)性能。采用傳統(tǒng)的高溫熔融-退火法制備了一組B i/B比不同的Bi2O3-B2O3二元系統(tǒng)玻璃，分別測(cè)量了玻璃的密度、線性折射率、吸收光

3、譜以及拉曼光譜，分析了Bi2O3-B2O3二元系統(tǒng)玻璃的網(wǎng)絡(luò)形成機(jī)理，系統(tǒng)研究了不同Bi/B比下B2O3和Bi2O3在玻璃網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中的競(jìng)爭(zhēng)機(jī)制，重點(diǎn)探討了組成對(duì)鉍酸鹽玻璃光學(xué)和結(jié)構(gòu)性能的影響，為今后探索有著高光學(xué)性能的鉍酸鹽玻璃提供了一定的理論支持和切實(shí)可行的實(shí)際途徑。
　　(2)研究了銀納米顆粒摻雜鉍酸鹽玻璃的光譜及其三階非線性光學(xué)特性。采用熱化學(xué)還原法制備了銀納米顆粒摻雜的鉍酸鹽玻璃復(fù)合材料。利用紫外可見吸收光譜觀察到了銀納米

4、顆粒表面等離子諧振（SPR）吸收的峰值位移特性，用拉曼光譜表征了引入銀納米顆粒后玻璃的結(jié)構(gòu)變化。借助飛秒激光脈沖激發(fā)下的Z掃描與光克爾閘技術(shù)，在近紅外波段下研究了材料的三階非線性光學(xué)特性。研究結(jié)果表明銀納米顆粒鉍酸鹽復(fù)合材料有著亞皮秒級(jí)的非線性響應(yīng)時(shí)間，并且其非線性折射率γ在納米顆粒的熱電子效應(yīng)以及局部場(chǎng)效應(yīng)的影響下，較基質(zhì)玻璃最高可以提升29倍。此外，鉍酸鹽玻璃本身的非線性吸收效應(yīng)則由于銀顆粒SPR在高入射光強(qiáng)度下的漂白效應(yīng)而受到了明

5、顯的抑制。
　　(3)研究了銀納米顆粒的引入量對(duì)鉍酸鹽玻璃三階非線性光學(xué)性能的增強(qiáng)影響。采用熔融-淬冷-退火一步法通過將銀離子Ag+引入到鉍酸鹽玻璃中制備出銀納米顆粒。銀納米顆粒的表面等離子諧振（SPR）吸收現(xiàn)象表明其SPR峰位與Ag+的引入量呈非線性相關(guān)，并依此確定了銀納米顆粒的最佳引入量。借助飛秒激光脈沖激發(fā)下的Z掃描技術(shù)，在近紅外波段下研究了材料的三階非線性光學(xué)特性。測(cè)得銀納米顆粒最佳析出時(shí)的樣品的非線性折射度γ值為2.7×