有机非线性光学材料教材课件.ppt
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1、引言引言 非线性光学是研究在强光作用下物质的响应与场强呈现非线性非线性光学是研究在强光作用下物质的响应与场强呈现非线性的学科,是现代光学的一个新领域的学科,是现代光学的一个新领域. .与光场强有关的光学效应与光场强有关的光学效应称为非线性光学效应,它起源于激光与介质的相互作用称为非线性光学效应,它起源于激光与介质的相互作用. .微观微观介质(如原子、分子)与宏观物质(如晶体或粉末)受光波照介质(如原子、分子)与宏观物质(如晶体或粉末)受光波照射后均将发生光频电极化现象,其感生极化强度(依次为射后均将发生光频电极化现象,其感生极化强度(依次为p p和和P P)与入射光电场与入射光电场E E的关系
2、有相似的表达式:的关系有相似的表达式: p = E + Ep = E + E2 2 + E+ E3 3 + + P=x P=x(1)(1)E + xE + x(2)(2)E E2 2 + x + x(3)(3)E E3 3 + + 其中,其中,和和x x(1)(1)、和和x x(2)(2)、和和x x(3)(3)分别是微观(分别是微观(、)和宏观和宏观 x x(n)(n) 的线性、二阶非线性和三阶非线性极化系数的线性、二阶非线性和三阶非线性极化系数 数值之间有如下关系:数值之间有如下关系: x x(1)(1)x x(2)(2)x x(3)(3) 一般光波的电磁场很弱,上两式中的第二项及以后各项
3、可忽略,一般光波的电磁场很弱,上两式中的第二项及以后各项可忽略,p p(或或P P)与与E E只呈现直线关系:只呈现直线关系:p =E p =E 或或 P=xP=x(1)(1)E .E .激光是高强光,第二项乃至以后各激光是高强光,第二项乃至以后各项不再能忽略,因而导致了项不再能忽略,因而导致了p p(或或P P)与与E E的非线性关系的非线性关系. .其中第二项导致了其中第二项导致了倍频效应,又称二次谐波发生(倍频效应,又称二次谐波发生(SHGSHG,Second Harmonic GenerationSecond Harmonic Generation), ,倍频效应是非线性光学效应中最常
4、见的一种,属二阶非线性光学效应,倍倍频效应是非线性光学效应中最常见的一种,属二阶非线性光学效应,倍频材料则属二阶非线性光学材料频材料则属二阶非线性光学材料. .其中第三项则导致了三倍频效应,又称三其中第三项则导致了三倍频效应,又称三阶非线性光学效应,其材料则属三阶非线性光学材料阶非线性光学效应,其材料则属三阶非线性光学材料 式中奇数项系数不为零,对分子是否具有对称性没有要求式中奇数项系数不为零,对分子是否具有对称性没有要求. .对式中含偶数个电对式中含偶数个电场分量的项来说,从对称性分析可知场分量的项来说,从对称性分析可知, ,只有非中心对称的分子,非线性光学只有非中心对称的分子,非线性光学系
5、数才不为零系数才不为零 作为有机二阶作为有机二阶NLONLO材料设计、制备的基础,有机材料设计、制备的基础,有机二阶二阶NLONLO分子的设计、合成研究显得尤为重要分子的设计、合成研究显得尤为重要. .有机有机化合物的化合物的NLONLO效应是由于非局域的效应是由于非局域的电子受激发所致,电子受激发所致,所以有机所以有机NLONLO分子都是强极性的分子都是强极性的共轭体系共轭体系. .分子设分子设计原则如下计原则如下( (1)1)分子不具有对称中心分子不具有对称中心. . (2) (2)分子具有分子具有共轭的电子体系共轭的电子体系. . (3) (3)分子内存在电荷转移分子内存在电荷转移. .
6、 (4) (4)透明性和光学非线性性能比优化透明性和光学非线性性能比优化有机二阶非线性分子的设计原则有机二阶非线性分子的设计原则 结构特征:有电子给体结构特征:有电子给体( (D)D)、受体受体( (A)A)和和共轭体系的有机共轭体系的有机分子,即分子内电荷转移化合物。如:分子,即分子内电荷转移化合物。如:O2NNH2CH3有机二阶非线性光学材料的材料设计有机二阶非线性光学材料的材料设计 引引 言言 有机非线性光学材料与无机材料相比有下列优点:有机材料的光极化来源于高度离域的电子的极化,其极化比无机材料的离子极化容易,故其非线性光学系数比无机材料高12个数量级,可高达1O-5esu量级;响应速
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