2 有机非线性光学材料new

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1、应用有机化学参考书1非线性光学原理与进展，钱士雄，王恭明，第二章有机非线性光学材料复旦大学出版社，2001.2非线性光学晶体材料科学（第二版），张克从，王希敏，科学出版社，2005.3分子材料，游效曾，上海科学技术出版社，2001.一、非线性光学的物理基础1960前对光的认识集中在传统的线型光学：1光束在空间或介质中的传播是相互独立的，几个光束可以光学是物理学的组成部分。它研究的对象是光。通过光束的交叉区域继续独立传播而不受其他光束的干研究的内容包括光的本性，光的发射、传扰；播、接收，以及光和物质的

2、相互作用等。2光束的传播发向会发生改变，空间分布也会有所变化，但非线性光学（（（nonlinearoptics,NLO）））光的频率不会在传播过程中改变；现代光学的一个分支，研究介质在强相干光3介质的主要光学参数，如折射率、吸收系数等都与入射作用下产生的非线性现象及其应用。光的强度无关，只是入射光的频率和偏振方向的函数。非线性光学:nonlinearoptics,NLO1960年Maiman发明第一台红宝石激光器；光学发展的一个新里程碑。它是20世纪继原子能、半导体、计算机之后的又一重大发明。计算机

3、延伸了人的大脑，而激光延伸了人的感官，成为探索大自然奥秘的“超级探针”。非线性光学:强激光与物质相互作用1960年Franken发现红宝石激光入射到石英片上，出射光694.3nm(红宝石）＋紫外区347.2nm1强光和弱光的划分:比较E与E’的大小非线型光学效应：高强度的电磁场和物质相互作用时产E:光场的强度生与光强有关的光学效应。介质的光E’:组成物质的分子或原子内部的平均电场强度学参量（吸收系数、折射率等）不再E与光强无关，即与光强成非线型关系。普通光源的光<<1线性关系'E非线型光学材料：具有

4、非线型光学性质的物质激光：E与E’可比拟,光场与物质作用的非线性关系明显.非线型光学材料的应用：光学通信、光子计算机、动态成像等1、极化作用当光与物质相互作用时，光场中的电场强度使介线性极化作用：当光照射物质时，光波电磁场将对物质中的电子产生作用，在外电场的作用下，介质原子成为电偶质原子因感应而产生电偶极矩，电偶极矩叠加起来形极子。电偶极子将随光波的电磁场的变化产生振荡。成电极化强度。电极化强度产生极化场，极化场发出次级辐射。线性光学：电极化强度（空间位置和时间的函数）++－－－－－－与外界电磁场成

5、线性关系：(1)P(r,t)=exE(r,t)0原子的电极化：负电荷中心与正电荷中心产生偏离的状态。e0真空介电常数；E(r,t）入射的光电场强度；x(1)介质的线性极化率非线性光学：外界作用的光场较强：，电偶极子的振荡不c：宏观物质的非线性光学系数再具有位移与外电场成线性的关系，产生的电磁振荡是非线性的。b：组成宏观物质分子的微观二阶非线性光学系数23p=aE+bE+gE+L（第一超极化度、一阶超极化率、二次超极化度）P=c(1)E+c(2)E2+c(3)E3×××+c(1)---线性极化率关系式

6、中的奇数项系数不为零，而对于偶数项系数（β或）只有那些非中心对称的介质才不为零，这就决定了只有宏观上表现非中心对称的c(2)---二阶非线性极化率结构特征的偶极分子和材料才能表现出二阶非线性光学效应。c(3)---三阶非线性极化率22部分重要的二阶非线性光学效应泡克耳斯效应－－改变光波的传播方向倍频效应（（（改变光波频率（（（（改变光波频率）））通过对介质施加直流电场而使其极化并改变其折射率，从而使光的振幅和相位发生变化。用于通过外加直流电两个频率为ω的光子与某些物质相互作用，可产生一个频率为2ω的

7、光子。压对光进行调制，使光的偏振状态随外加电压的强度和取向发生变化，或使光在不同的方向以不同的速度传强光通过NLO介质时，由于极化作用，除发射出频率为ω的基频成分外，还有频率为零的直流成分（光学整流作用），播。光学开关等以及频率为2ω的倍频成分（二次谐波信号，SHG）。三阶非线性光学效应一般只有非中心对称的分子和由此组成的宏观材料才可以混频效应呈现二阶NLO效应。但无论分子具有或不具有对称中心，当频率为ω1和ω2的两束光同时进入非线性介质时，产生和频（ω1＋ω2）与差频（ω1－ω2）光。都可能产生三

8、阶NLO效应。二、有机材料的非线性光学性质有机晶体和聚合物（分子材料，晶体、薄膜、液体）有机和高分子光子学分子单元通过范德华力键合而成，分子内共价键的相互作用比分1980年代后现代光学、凝聚态物理、有机、高分子材料及生物等学子间的作用强，每个分子的电子结构与其他分子只存在极弱的耦科相互结合的新兴学科合作用。每个分子可以看作独立的非线性极化源。早期工作集中在无机材料：如已商品化的KTP（磷酸钛氧宏观的光学非线性与组成的单个分子的微观非线性建立等价的关钾），BBO（偏硼酸