解析三阶非线性光学玻璃研究现状

近年来，当半导体多量子阱和超晶格出现后，半导体及金属颗粒掺杂玻璃的研究成为热点。这种玻璃也叫量子点玻璃，通常掺杂颗粒尺寸小于10nm，表现出共振增强的三阶非线性光学效应，响应时间约为10-11s，同时由于它们与波导制备技术相容而被拉成光纤，因此受到重视。其产生机制可归因为纳米粒子的量子尺寸效应，即介质因光吸收产生电子-空穴，独立的或以激子的形式封闭在颗粒的狭小空间中，电子态呈现量子化分布，从而引起颗粒周围场强的增加和非线性光学效应的提高。1983年，Jain和Lind首先研究了掺杂CdSxSe1-x半导体微晶玻璃的非线性光学性能，发现这类玻璃表现出共振增强的三阶光学非线性，可通过调节S和Se的比例控制介质的禁带宽度，广泛应用于截止滤光片中。除CdSxSe1-x外，含CdS、CdSe、CdTe、CuCl、CuBr、PbS等半导体及掺Au、Ag、Cu等金属颗粒的玻璃也表现出量子尺寸效应。通常颗粒尺寸越小，非线性效应越大。如果要获得较小的颗粒尺寸和较高的颗粒浓度，常采用溶胶-凝胶法制备。

对有机物掺杂玻璃的研究也已成为热点，虽然有机物本身也可表现出很高的共振非线性性能和超快响应时间，但其难以制成要求的形状，且存在稳定性和重复性差、工作温度低、寿命短等缺点，大大限制了使用范围。显然，其缺点可通过将有机物结合到具有较强机械强度及较高化学稳定性的无机材料(如玻璃)中加以克服，使有机活性组分的性能得到充分发挥。其制备也可用sol-gel法，通常有两种方法可将有机物掺入到玻璃中：(1)将有机物溶解到溶胶-凝胶溶液中，当凝胶形成时，有机分子被玻璃骨架捕获，从而获得最好的稳定性;(2)将有机物分散到多孔凝胶中，经干燥和热处理获得有机-无机复合材料。但其共同缺点是难以实现光均匀复合。为了制得光学性能均匀的复合材料，钱国栋等人采用新型的原位合成化学复合法，实现了有机物和无机物的有效复合。另外，有机改性硅酸盐也可作为CdS微晶的框架，形成含微晶体、有机物及无机物的多组分复合非线性材料。