金屬納米顆粒在鉍酸鹽玻璃中的制備與三階非線性光學特性研究.pdf

1、鉍酸鹽玻璃是一種性能優(yōu)良的新型重金屬氧化物玻璃，它有著較硼硅酸鹽等傳統(tǒng)氧化物玻璃更高密度、高線性和非線性折射率以及較寬的紅外透過范圍，因此被認為是實現全光開關的最佳候選材料之一。另一方面，金屬納米顆粒作為一種重要的納米材料，能夠在一定光譜范圍內產生表面等離子諧振（SPR）效應從而極大地增強納米金屬復合玻璃材料在該光譜范圍內的線性和非線性光學性能。本文將金屬納米顆粒引入鉍酸鹽玻璃中，擬通過鉍酸鹽玻璃連續(xù)的熔融退火過程中自身的熱化學還原效應

2、，實現高光學品質納米金屬復合玻璃材料的制備，并對復合材料的微觀結構和其非線性光學性能進行了系統(tǒng)研究。在相關理論研究的基礎上對制備工藝進行設計與優(yōu)化，最終獲得SPR覆蓋通信波段的新型納米金屬復合玻璃材料。主要進行了以下幾方面的研究：
　　(1)研究了Bi2O3-B2O3二元系統(tǒng)玻璃的網絡結構形成與光學性能。采用傳統(tǒng)的高溫熔融-退火法制備了一組B i/B比不同的Bi2O3-B2O3二元系統(tǒng)玻璃，分別測量了玻璃的密度、線性折射率、吸收光

3、譜以及拉曼光譜，分析了Bi2O3-B2O3二元系統(tǒng)玻璃的網絡形成機理，系統(tǒng)研究了不同Bi/B比下B2O3和Bi2O3在玻璃網絡結構中的競爭機制，重點探討了組成對鉍酸鹽玻璃光學和結構性能的影響，為今后探索有著高光學性能的鉍酸鹽玻璃提供了一定的理論支持和切實可行的實際途徑。
　　(2)研究了銀納米顆粒摻雜鉍酸鹽玻璃的光譜及其三階非線性光學特性。采用熱化學還原法制備了銀納米顆粒摻雜的鉍酸鹽玻璃復合材料。利用紫外可見吸收光譜觀察到了銀納米

4、顆粒表面等離子諧振（SPR）吸收的峰值位移特性，用拉曼光譜表征了引入銀納米顆粒后玻璃的結構變化。借助飛秒激光脈沖激發(fā)下的Z掃描與光克爾閘技術，在近紅外波段下研究了材料的三階非線性光學特性。研究結果表明銀納米顆粒鉍酸鹽復合材料有著亞皮秒級的非線性響應時間，并且其非線性折射率γ在納米顆粒的熱電子效應以及局部場效應的影響下，較基質玻璃最高可以提升29倍。此外，鉍酸鹽玻璃本身的非線性吸收效應則由于銀顆粒SPR在高入射光強度下的漂白效應而受到了明

5、顯的抑制。
　　(3)研究了銀納米顆粒的引入量對鉍酸鹽玻璃三階非線性光學性能的增強影響。采用熔融-淬冷-退火一步法通過將銀離子Ag+引入到鉍酸鹽玻璃中制備出銀納米顆粒。銀納米顆粒的表面等離子諧振（SPR）吸收現象表明其SPR峰位與Ag+的引入量呈非線性相關，并依此確定了銀納米顆粒的最佳引入量。借助飛秒激光脈沖激發(fā)下的Z掃描技術，在近紅外波段下研究了材料的三階非線性光學特性。測得銀納米顆粒最佳析出時的樣品的非線性折射度γ值為2.7×