銀表面等離子諧振引起的三階光學非線性特性的研究【開題報告】

1、畢業(yè)設計開題報告畢業(yè)設計開題報告通信工程通信工程銀表面等離子諧振引起的三階光學非線性特性的研究銀表面等離子諧振引起的三階光學非線性特性的研究一、選題的背景與意義從技術領域到研究領域，非線性光學的應用都是十分廣泛的。例如：利用各種非線性晶體做成電光開關和實現(xiàn)激光的調(diào)制；利用光學參量振蕩實現(xiàn)激光頻率的調(diào)諧；利用各種非線性光學效應，特別是共振非線性光學效應及各種瞬態(tài)相干光學效應，研究物質(zhì)的高激發(fā)態(tài)及高分辨率光譜等。研究非線性光學對激光技術、光

2、譜學的發(fā)展以及非線性全光處理技術在光通信系統(tǒng)中的應用等都有重要意義。非線性光學材料在光通訊、信息處理、射頻分配等方面發(fā)揮著不可替代的作用。非線性光學研究是各類系統(tǒng)中非線性現(xiàn)象共同規(guī)律的一門交叉科學。目前在非線性光學的研究熱點包括：研究及尋找新的非線性光學材料。三階非線性光學材料由半導體、量子限域的半導體、金屬顆粒、有機物和無機玻璃構成[12]。三階非線性光學材料在高頻高速光學加工技術中扮演著重要的角色。納米顆粒一介電復合材料顯示出優(yōu)良的

3、三階非線性光學性能，是應用于未來全光器件的理想材料。其中，納米顆粒的尺寸、濃度、組成和結構，基體的選擇，測試方法中選用的激光波長和脈沖寬度等多種因素都對此類復合材料的三階非線性光學性能有很大的影響，了解這些影響因素對材料的制備和應用具有重要的指導意義。在此基礎上，研究指出貴金屬納米顆粒一復合材料具有更加優(yōu)異的三階非線性光學性能，是目前的研究熱點。金屬納米顆粒[3]具有較小的尺寸和大的表面體積比，由于量子限制效應和表面效應，表現(xiàn)出特殊的電

4、子和光學性質(zhì)迄今為止，研究者們已對金屬顆粒[4]摻雜濃度較低的復合材料的性質(zhì)做了大量研究，而摻雜濃度較高的材料受到的關注較少。玻璃是非常理想的光子學材料，由于玻璃具有在大部分波段透明、較好的化學穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性、較高的三階非線性光學極化率、較快的光響應時間、易于成纖成膜、易于機械光學加工等優(yōu)點，使其成為全光開關[5]的最佳候選材料之一，受到了研究者的普遍關注。傳統(tǒng)玻璃材料具有非常低的三階非線性極化率，引入小的金屬顆粒后可以大大增強三階光

5、學非線性[6]，金屬顆粒的表面等離子體共振可以導致非線性的增強。非線性光學玻璃由于與現(xiàn)有的光纖系統(tǒng)具有相容性和較快的響應速度，因而引起人們的極大興趣。目前的研究工作集中于各種不同的玻璃系統(tǒng)[78]，可利用不同的非線性機制來提高非線性性能。隨著全光信息處理和光計算機研究的發(fā)展，三階非線性光學玻璃的原。因此，對摻雜銀納米復合材料玻璃的三階光學非線性機理的研究是十分必要的。二、研究的基本內(nèi)容與擬解決的主要問題：研究的基本內(nèi)容：1、閱讀文獻，了

6、解摻雜銀納米顆粒玻璃以及三階光學非線性[1011]的相關知識。2、研究表面等離子體共振引起的光學性質(zhì)。3、通過查閱有關資料和分析比較，選擇合適的納米金屬顆粒摻雜玻璃的制備方法，制作摻雜銀納米顆粒的玻璃。4、測試摻雜銀納米顆粒玻璃的三階光學非線性。5、研究摻入不同濃度的銀納米顆粒對玻璃三階光學非線性特性的影響。擬解決的主要問題：1、選擇折射率高、機械、化學穩(wěn)定性好的基質(zhì)玻璃組分是一個關鍵，它會嚴重影響銀納米顆粒的大小，三階光學非線性特性，

7、以及化學穩(wěn)定性等屬性。2、在以銀離子形式摻雜的情況下，金屬銀顆粒的濃度難以控制，濃度過高會使銀離子進入玻璃網(wǎng)格而減小銀納米顆粒的數(shù)量，過低則會導致三階非線性強度減小，因此尋找最佳濃度配比是一個關鍵。3、在制備玻璃材料過程中，高溫熔融反應的機理還不夠清楚，難以確定所得玻璃內(nèi)部包含粒子；納米顆粒析出所需的溫度和時間難以較好控制，這就使得納米顆粒尺寸以及分布不均勻。4、由于在熔制過程中引入了雜質(zhì)、玻璃中存在著氣泡或是玻璃液沒有攪拌均勻以及打磨

8、、拋光不夠光滑等工藝方面的問題使得我們通常情況下制備的玻璃的光學均勻性不高，很難達到激光玻璃所需的要求，因此如何改進熔制工藝，提高塊狀玻璃光學均勻性是一個急需解決的課題。5、在采用飛秒脈沖激光的Z掃描技術時，激光的入射波長和激光功率強度將會影響玻璃的三階光學非線性特性，因此選取合適的激光入射波長和激光功率是另一關鍵點。三、研究的方法與技術路線：本課題所采用的研究方法[1213]是熔融淬冷法。該方法工藝簡單，成本低廉，可制備大尺寸和各種形