世纪被称为高度信息时代电子信息传输方式固有的缺陷9.ppt

Introduction to Nonlinear Optical (NLO) Polymerical Materials Wu Chengxun College of Material Sci. Tech. Dong Hua Univ. 21世纪被称为高度信息时代。电子信息传输方式固有的缺陷，包括速度、容量、空间相容性、信息检测精度等方面，都制约了电子信息系统在未来的信息时代中的广泛应用。与电子传递信息相比，光子传递信息具有许多优点，如良好的并行性（即光信号可以交叉传送）、高频率（信息载量大）、宽带宽、高速度、高密度（光束可聚焦）以及抗电磁波干扰等。 非线性光学材料正是未来迈向信息时代的关键性材料。 一 概念与理论 1.1 .1 非线性光学效应：非线性光学是研究在强光作用下物质的响应与场强之间的非线性关系的科学。这种与场强相关的光学效应称为非线性光学效应。 源于分子和材料在光场中的非线性极化。 1.2 .2 非线性产生的物理机制： 电子云的贡献—畸变 分子的振动和转动及晶格的振动 分子的重新取向和分布 电致伸缩 温度效应 1960 Laser Criteria necessary for NLO materials: Large nonlinear susceptibilities (χ(2) orχ(3) ); Ease of processing; Low absorption losses; High optical damage threshold, etc. 非线性光学（nonlinear optics, NLO）：是研究在强光作用下物质响应与场强之间的非线性关系的科学。 在强激光的作用下，材料的电极化强度P不再与入射光的场强E成简单的线性关系，而成幂级数关系： P = χ(1)E + χ(2)E·E + χ(3)E·E·E + … 其中χ(2)为二阶非线性极化率 ，对应着二阶非线性光学效应。 NLO聚合物材料 NLO聚合物材料具有明显高于无机晶体的非线性系数、皮秒至飞秒的响应速度、很高的光学损伤阈值，尤其是它的分子可修饰性、高分子可加工性以及所制成器件的可集成性等一系列其它材料无法比拟的优点，更在于其所展现出来的在高速集成光学器件方面的巨大潜力。 NLO聚合物材料通常是通过将具有大非线性光学效应的NLO生色团引入到聚合物中而得到的。 Nonlinear optics: P = P(0) +χ(1)E + 1/2*χ(2)E E + 1/6*χ(3)E E E + ... P --- the induced polarization P(0)--- the permanent polarization E --- electric field strength χ(1)--- the linear susceptibility χ(2) andχ(3)--- the second- and third-order susceptibility( or the first and second order nonlinear susceptibility) Molecular polarizabilities: μi=μg,i +αijEi + βijk EjEk + γijklEjEkEl + ... μi --- induced dipole μg,i ___ the ground state dipole moment αij--- the linear polarizability tensor βijk --- the second-order polarizability or first-order hyper-polarizability γijkl--- the third-order polarizability or second hyper-polarizability. First order NLO effects: Second Harmonic Optical parametric Oscillation Linear electric-optic effect ( n = n0 + n2*I) Sum and difference freq. Generation Optical rectification. Second order NLO effects: Frequency tripling Two-photon absorption C