CdS微晶摻雜玻璃的制備與二階非線性光學(xué)性能研究.pdf

1、玻璃的非線性光學(xué)效應(yīng)不是非線性光學(xué)材料中最強(qiáng)的，但是玻璃具有獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和性能，以及高的穩(wěn)定性等一系列優(yōu)點(diǎn)，成為光子開關(guān)等一系列非線性光學(xué)器件的候選材料之一。與其他體系相比，含有重金屬離子或納晶的玻璃，通常具有較高的非線性光學(xué)系數(shù)。因此，在含有重金屬離子的氧化物玻璃中摻雜納米晶體，在非線性光學(xué)領(lǐng)域的研究和應(yīng)用方面就具有了重要的意義。 本文首先對(duì)極化后不能產(chǎn)生非線性的Na<,2>O-Cs<,2>O-B<,2>O<,3>-SiO<,2

2、>體系，摻雜CdS微晶后，進(jìn)行了結(jié)構(gòu)和非線性光學(xué)性能等方面的研究。以此為基礎(chǔ)，對(duì)CdS微晶摻雜的PbO-B<,2>O<,3>-SiO<,2>體系進(jìn)行了相關(guān)性能的研究，并計(jì)算了兩種體系的二階非線性極化系數(shù)。 堿硼硅酸鹽體系中，CdS添加量為3～5at％、ZnO/CdS為5～7(mol)之間時(shí)，CdS微晶可以正常析出；鉛硅酸鹽體系中，CdS添加量為3at％、ZnO/CdS為6～8(mol)時(shí)，CdS微晶可以正常析出。 熱處理

3、析出的CdS微晶的晶型和晶粒發(fā)育狀態(tài)受基礎(chǔ)玻璃影響很大。堿系中，以六方型CdS為主要晶相的納米晶體，伴有少量立方型CdS析出。提高熱處理溫度和時(shí)間，微晶的尺寸逐漸增大，透過(guò)光譜截止邊和熒光光譜中特征峰紅移，說(shuō)明玻璃中存在明顯的量子尺寸效應(yīng)。鉛系中，由于Pb對(duì)CdS中Cd的取代，使PbO/(PbO+SiO<,2>)為0.30時(shí)析出正交型CdS。 堿硼硅酸鹽體系基礎(chǔ)玻璃極化后未觀察到明顯的SHG，說(shuō)明極化后基礎(chǔ)玻璃不會(huì)對(duì)二階非線性產(chǎn)

4、生影響；摻雜CdS微晶后，在未經(jīng)極化的玻璃中可觀察到明顯的SHG，主要起源于顆粒表面Cd和S原子受激光作用發(fā)生極化，產(chǎn)生表面偶極層所致；極化后， SH強(qiáng)度顯著增大，主要由偶極子的取向排列和六方型CdS的析出增強(qiáng)所致。玻璃SH強(qiáng)度的顯著增大主要集中在極化初期的十幾分鐘內(nèi)，提高極化溫度和電壓，有利于SH強(qiáng)度的增大。極化后的樣品在陽(yáng)極面表層存在厚約101xm的非線性層，主要由電極化誘導(dǎo)引起析出增強(qiáng)的六方型CdS做為產(chǎn)生光學(xué)非線性的主體。經(jīng)過(guò)計(jì)

5、算，具有最大SH強(qiáng)度的樣品，其二階非線性極化系數(shù))x(2)為1.75pm/V，相干長(zhǎng)度l<,c>(63.477°)為4.07μm。玻璃中非線性層的二階非線性極化系數(shù)x<'(2)>估算為2.09pm/V，相干長(zhǎng)度l<,c>(63.477°)為4.23μm。 在CdS微晶摻雜鉛硅酸鹽玻璃中，熱處理析出微晶后的玻璃樣品未經(jīng)極化處理，也都觀察到了SHG；提高極化溫度和電壓， SH強(qiáng)度呈現(xiàn)逐漸增大的趨勢(shì)；SH強(qiáng)度的顯著增大主要發(fā)生在極化初