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含Ni纳米晶玻璃的制备及非线性光学性质的研究

发布时间:2018-07-06 12:24

  本文选题:溶胶-凝胶技术 + Ni纳米晶 ; 参考:《温州大学》2017年硕士论文


【摘要】:非线性光学材料因为在光电子技术和信息领域有很大的潜在应用价值,引起了国内外研究者的广泛关注。其中,金属纳米晶玻璃复合材料更成为了人们的研究重点。目前的金属纳米晶玻璃在非线性领域方面的研究工作主要集中于贵金属金银铜纳米晶的研究,而对成本更低的金属镍纳米晶玻璃却鲜少涉及。为此,本文采用溶胶凝胶技术结合气氛热处理路线,制备了各种类型的含Ni(Ni,NiO,Cu0.81Ni0.19)纳米晶的钠硼硅玻璃。然后通过一系列表征手段获得这些玻璃的微观形貌信息,通过Z-Scan技术探究它们的非线性光学性能及相关参数,讨论这些玻璃材料在非线性光学器件方面的应用价值。根据以上的研究要点,本文的研究内容主要分为以下几部分:1.在采用溶胶凝胶和气氛控制热处理路线成功制备出Ni纳米晶玻璃的基础上,着重研究它们的微观形貌和非线性光学性质。通过傅立叶红外(FTIR)光谱分析了工艺路线的可行性。凭借X射线粉末衍射仪(XRD)和透射电子显微镜(TEM)表征玻璃的微观形貌。结果显示,均匀分散的Ni纳米晶已经产生在玻璃基质中。同时,我们利用不同的Z扫描(Z-Scan)激光器研究了玻璃的非线性光学参数。一方面采用脉冲宽度为190 fs,重复频率为20Hz的脉冲激光器研究玻璃在800nm处的三阶非线性光学性质,另一方面采用脉冲宽度为21ps,重复频率为10Hz的脉冲激光器探测玻璃在532nm处的非线性光学性能。结果显示,玻璃样品的三阶非线性极化率χ(3)分别达到了~10-14esu和~10-12esu。2.在采用溶胶凝胶和气氛控制热处理路线成功制备出NiO纳米晶玻璃的基础上,着重研究其微观形貌与非线性光学性质。X射线光电子能谱(XPS)和透射电子显微镜(TEM)的表征结果证实了尺寸为6.12nm的NiO纳米晶均匀呈现在钠硼硅玻璃基质中。该玻璃样品的三阶非线性光学性能是通过两种不同的 Z-Scan 激光器(190fs,20Hz,800nm)和(21ps,10Hz,532nm)进行研究的。结果表明,前一种情况下,样品的三阶非线性极化率χ(3)为1.371 ×10-14esu,后种情况下样品的三阶非线性极化率是4.261×10-12esu。3.在采用溶胶凝胶和气氛控制热处理路线成功制备出Cu0.81Ni0.29纳米晶玻璃的基础上,着重研究其微观形貌与非线性光学性质。同时作为比较,用同样的方法制备并研究基玻璃和同样浓度的Cu纳米晶玻璃。在利用X射线粉末衍射仪(XRD)和透射电子显微镜(TEM)对玻璃的微观形貌表征分析后发现,尺寸为11.5nm的Cu0.81Ni0.19合金纳米晶已经均匀分散在钠硼硅玻璃基质中。进一步,我们采用脉冲宽度为190 fs,重复频率为20Hz的脉冲激光器研究了所有玻璃样品在800nm处的三阶非线性光学性质。结果显示,相对于基玻璃和Cu纳米晶玻璃,Cu0.81Ni0.19纳米晶玻璃表现出加强的非线性光学性质。
[Abstract]:Nonlinear optical materials have attracted the attention of researchers at home and abroad because of their potential applications in the field of optoelectronic technology and information. Among them, metal nanocrystalline glass composites have become the focus of research. At present, the research work of metal nanocrystalline glasses in the nonlinear field mainly focuses on the gold, silver and copper nanocrystals of precious metals, but rarely on the lower cost nickel nanocrystalline glasses. In this paper, various kinds of nanocrystalline sodium borosilicate glasses containing Ni (NiON) Cu 0.81Ni 0.19 were prepared by sol-gel technology combined with heat treatment in atmosphere. Then the microscopic morphology information of these glasses was obtained by a series of characterization methods. The nonlinear optical properties and related parameters of these glasses were investigated by Z-Scan technique. The application value of these glass materials in nonlinear optical devices was discussed. According to the above research points, the research content of this paper is divided into the following parts: 1. On the basis of successfully preparing Ni nanocrystalline glass by sol gel and atmosphere controlled heat treatment, the microstructure and nonlinear optical properties of Ni nanocrystalline glass were studied. The feasibility of the process was analyzed by Fourier infrared spectroscopy (FTIR). The microstructure of glass was characterized by X-ray powder diffraction (XRD) and transmission electron microscope (TEM). The results show that the uniformly dispersed Ni nanocrystals have been produced in the glass matrix. At the same time, we have studied the nonlinear optical parameters of glass by using different Z-Scan lasers. On the one hand, the third-order nonlinear optical properties of glass at 800nm are studied by pulse laser with pulse width of 190fs and repetition rate of 20Hz. On the other hand, a pulsed laser with a pulse width of 21 psand a repetition rate of 10 Hz is used to detect the nonlinear optical properties of the glass at 532nm. The results show that the third order nonlinear polarizability 蠂 (3) of the glass samples reaches 10 ~ (-14) esu and 10 ~ (-12) esu 路2, respectively. Nio nanocrystalline glasses were successfully prepared by sol-gel and atmosphere controlled heat treatment. The results of X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) and transmission electron microscopy (TEM) show that the nio nanocrystals with size of 6.12nm are uniformly present in the sodium borosilicate glass matrix. The third-order nonlinear optical properties of the glass samples have been studied by two different Z-Scan lasers (190fsn 20Hz ~ (800 nm) and (21ps ~ (10) HzN ~ (532 nm). The results show that the third order nonlinear polarizability 蠂 (3) is 1.371 脳 10 ~ (-14) esu in the former case, and the third order nonlinear susceptibility is 4.261 脳 10 ~ (-12) esu. 3 in the latter case. Based on the preparation of Cu0.81Ni0.29 nanocrystalline glass by sol-gel and atmosphere controlled heat treatment, the microstructure and nonlinear optical properties of Cu0.81Ni0.29 nanocrystalline glass were studied. At the same time, the base glass and Cu nanocrystalline glass with the same concentration were prepared and studied by the same method. The microstructure of the glass was characterized by X-ray powder diffraction (XRD) and transmission electron microscope (TEM). It was found that the nanocrystalline Cu0.81Ni0.19 with the size of 11.5nm had been uniformly dispersed in the sodium borosilicate glass matrix. Furthermore, we have studied the third-order nonlinear optical properties of all glass samples at 800nm using a pulsed laser with a pulse width of 190fs and a repetition rate of 20Hz. The results show that compared with base glass and Cu nanocrystalline glass Cu0.81Ni0.19 nanocrystalline glass exhibits enhanced nonlinear optical properties.
【学位授予单位】:温州大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:TQ171.1

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