含Ni、Cu系列量子点玻璃三阶非线性光学性质的研究

发布时间：2018-02-26 04:09

  本文关键词： Sol-gel 钠硼硅玻璃 Ni、Cu量子点 非线性 Z-scan　出处：《温州大学》2015年硕士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：金属纳米玻璃材料由于具备优异的三阶非线性光学性能,并且其不仅在光致变色材料,彩色循环工艺和三维彩色工艺上存在着大的应用而且在光开关、光波导、光限幅等各类非线性光学器件上存在潜在的应用价值,越来越受到国内外研究者重视,逐渐成为非线性光学领域的研究热点。本文采用Sol-gel技术结合气氛控制的方法,制备出了一系列含Ni、Cu以及CuNi合金的完整透明的Na2OB2O3-SiO2玻璃。并采用多种表征手段对玻璃样品进行分析,具体内容如下:1.利用Sol-gel技术结合气氛控制热处理的方法合成了不同浓度的金属镍量子点钠硼硅(NBS)玻璃。采用TG-DTA、FT-IR和BET及N2吸附孔径分析证实了我们在600℃较低的温度下得到的样品为密实化的玻璃;X-射线粉末衍射(XRD)分析表明Ni量子点具有立方相,并且随着Ni的掺杂浓度的增加和通H2时间的增长,更有利于Ni纳米晶的结晶;结合孔径及N2吸附分析,提出了Ni量子点在玻璃中的形成机理;通过Z-Scan技术在800nm波长处用飞秒钛宝石激光辐照对Ni量子点钠硼硅(NBS)玻璃的非线性光学性质进行研究,得到掺杂浓度为2%的Ni在H2气氛处理10h的玻璃样品的非线性吸收系数β,非线性折射率γ和三阶非线性极化率χ(3)分别为2.39×10-11m/W,9.82×10-18 m2/W和5.51×10-12 esu。2.利用Sol-gel技术结合气氛控制热处理的方法制备出了红色、绿色、蓝色透明的含Cu的钠硼硅玻璃,为了揭示玻璃产生不同颜色的原因,我们采用XRD、TEM、HRTEM、XPS以及ELLS等表征手段对三种颜色的玻璃样品进行系统的分析。结果表明红色、绿色和蓝色玻璃样品中均有纳米晶颗粒形成,其纳米颗粒的尺寸范围分为9-34 nm,1-6 nm和1-5 nm;并且通过XPS和ELLS对Cu的价态分析,结果证实红色、绿色和蓝色玻璃样品中Cu的价态分别为0价、+1价和+2价。利用Z-scan技术测得红色、绿色和蓝色玻璃样品在800nm的波长的三阶非线性极化率χ(3)的值分别为3.48×10-11esu,2.17×10-10esu和1.62×10-10 esu。3.利用Sol-gel技术结合气氛控制控制热处理的方法成功制备出了完整块状的Cu3.8Ni合金量子点NBS玻璃体材料。采用XRD分析得出Cu3.8Ni量子点在玻璃中形成而且其以立方晶相存在于玻璃体系中;TEM分析证实了Cu3.8Ni纳米晶在玻璃中的平均尺寸约为8.2nm;XPS分析表明Cu和Ni在玻璃中的价态均为0价;玻璃样品的紫外吸收光谱证实了该玻璃样品在584nm的波长左右处有一等离子共振吸收峰;最后利用Z-scan技术在800nm的波长处的研究了此玻璃样品的非线性光学性质,通过拟合计算得出该玻璃样品的三阶非线性吸收系数β、三阶非线性折射率系数γ、三阶非线性极化率χ(3)的数值分别为:3.73×10-10 m/W、1.07×10-15m2/W和4.92×10-11esu。
[Abstract]:Metal nanocrystalline glass materials have excellent third-order nonlinear optical properties, and they not only have great applications in photochromic materials, color cycling processes and three-dimensional color processes, but also in optical switches and optical waveguides. Optical limiting and other nonlinear optical devices have potential application value, which are paid more and more attention by researchers at home and abroad, and gradually become the research hotspot in the field of nonlinear optics. In this paper, Sol-gel technology combined with the method of atmosphere control is adopted. A series of complete and transparent Na2OB2O3-SiO2 glasses containing nio Cu and CuNi alloys were prepared, and the glass samples were analyzed by various characterization methods. The main contents are as follows: 1. Different concentrations of NBSglasses have been synthesized by Sol-gel technique combined with atmosphere controlled heat treatment. TG-DTA-FT-IR, BET and N2 adsorption pore size analysis have confirmed that we have lower temperature at 600 鈩，

本文编号：1536439