長春理工大學(xué) 陸欣男

引言：自科學(xué)家在紅寶石晶體中發(fā)現(xiàn)二次諧波造成的非線性光學(xué)現(xiàn)象以來，針對非線性光學(xué)現(xiàn)象的研究發(fā)展已有五十多年的歷史，并在非線性光學(xué)和非線性光學(xué)材料在理論知識和實踐經(jīng)驗方面取得了一定的佳績，而自1999年某刊物評論了非線性光學(xué)和非線性光學(xué)材料的發(fā)展前景后，非線性光學(xué)材料在通訊、醫(yī)療、光學(xué)計算機和激光等領(lǐng)域的發(fā)展得到了進一步的深化，為進一步探索非線性光學(xué)材料在新領(lǐng)域的應(yīng)用奠定了堅實的基礎(chǔ)，也為當(dāng)前非線性光學(xué)材料的廣泛應(yīng)用做出了重要的貢獻。

隨著我國經(jīng)濟社會的快速發(fā)展和科技水平的進一步提升，光電子行業(yè)得到了應(yīng)用，對光電功能材料的需求量進一步增加。與此同時，非線性光學(xué)材料作為光信息處理、激光技術(shù)、光通信等行業(yè)的基礎(chǔ)材料得到了社會各界人士的密切關(guān)注，它的發(fā)展也在一定程度上影響著我國光電子產(chǎn)業(yè)的進一步壯大。在此背景下，本文從非線性光學(xué)材料有關(guān)的基礎(chǔ)理論知識出發(fā)，重點探討了無機非線性光學(xué)材料、有機非線性光學(xué)材料和無機有機雜化材料等，并進一步對非線性光學(xué)材料的實際應(yīng)用做出了一定的探討，旨在為我國非線性光學(xué)材料的進一步發(fā)展帶來一定的思考和啟迪。

1.非線性光學(xué)材料概述

非線性光學(xué)材料是指受外部環(huán)境中電場、光場、應(yīng)變場等影響而改變原有頻率、相位等，進而使材料光吸收、光散射和折射率等發(fā)生變化的一大類材料。非線性光學(xué)現(xiàn)象則是指當(dāng)激光束作為光源時，激光和介質(zhì)之間相互作用而產(chǎn)生的導(dǎo)致光能倍頻、差頻、參量等發(fā)生改變引起諧波的現(xiàn)象。人們可利用非線性光學(xué)材料的倍頻和三倍頻能力進一步優(yōu)化有線電視、通信光纖等信號轉(zhuǎn)換器的質(zhì)量，并可將其應(yīng)用于放大器、整流透鏡、倍頻器等實際應(yīng)用過程中。此外，人們還可利用非線性光學(xué)材料的混頻現(xiàn)象有效實現(xiàn)對弱光信號的有效強化，利用材料的非線性響應(yīng)功能實現(xiàn)光記錄和光計算等，進一步擴大非線性光學(xué)材料在激光、醫(yī)療、通信等行業(yè)中的應(yīng)用。

2.非線性光學(xué)材料分類

2.1 無機非線性光學(xué)材料

無機非線性光學(xué)材料主要包括紅外材料、可見紅外區(qū)材料和紫外材料等三大類。紅外材料大多是半導(dǎo)體器件的首選材料，可見紅外區(qū)材料組成包含了有磷酸鹽、碘酸鹽和碘酸等，紫外材料則大多由硼酸鹽晶體組成。通常情況下，無機非線性光學(xué)材料的化學(xué)性質(zhì)較為穩(wěn)定，允許各向異性的離子進行交換。同時，無機非線性光學(xué)材料大多呈現(xiàn)高純度的晶體形式，是導(dǎo)波器制備重要的備選材料之一。

2.2 有機非線性光學(xué)材料

眾所周知，在非線性光學(xué)材料研究發(fā)展的初期，有關(guān)研究人員就發(fā)現(xiàn)了二硝基苯胺、尿素等具有較強光電耦合性、高響應(yīng)值和大光學(xué)系數(shù)的具有非線性光學(xué)效能的一系列有機物。目前，隨著有機非線性光學(xué)材料的進一步應(yīng)用和廣泛推廣，有著易修飾、易加工、反應(yīng)速度快等優(yōu)良特性的有機材料得到了更進一步的發(fā)展，大致可將有機非線性光學(xué)材料分為有機低分子非線性光學(xué)材料、高聚物非線性光學(xué)材料和金屬有機配合物非線性光學(xué)材料等種類。有機低分子非線性光學(xué)材料是尿素及其衍生物、二苯乙烯類化合物、有機鹽類等富含發(fā)色團的擁有近紫外吸收作用的小分子化合物的總稱，具有易極化、易加工、易成型和較大非線性光學(xué)系數(shù)等優(yōu)點，對開發(fā)新型結(jié)構(gòu)材料起著重要的作用。高聚物非線性光學(xué)材料不僅具有較大非線性光學(xué)系數(shù)、較快響應(yīng)速度等優(yōu)點，更有著共價鍵連接而成的分子鏈具有的化學(xué)穩(wěn)定性強、結(jié)構(gòu)可變性強、機械強度好等獨特優(yōu)勢，在制作光調(diào)制器件、光計算有關(guān)網(wǎng)絡(luò)、光開關(guān)器件等方面有著良好的應(yīng)用前景。金屬有機配合物非線性光學(xué)材料是金屬羥基配合物、金屬多炔聚合物等重要光學(xué)材料的化合物總稱。在金屬有機配合物非線性光學(xué)材料化學(xué)性質(zhì)的影響因素中，配體、金屬性質(zhì)、分子構(gòu)型等影響因素起著不可忽視的作用，研究人員可通過改造、設(shè)計或合成新型配體以促進配合物研究的進一步發(fā)展，從而推動金屬有機配合物非線性光學(xué)材料的應(yīng)用。

2.3 無機/有機雜化材料

無機/有機雜化非線性光學(xué)材料是通過成鹽、溶膠、凝膠等方法將有機功能分子或聚合物滲入無機網(wǎng)絡(luò)中形成的兼具無機非線性光學(xué)材料和有機非線性光學(xué)材料優(yōu)勢的新型材料。例如，通過溶膠技術(shù)等制備的有機/無機雜化材料，不僅能降低相應(yīng)的分解溫度，降低材料的生產(chǎn)制備成本，更能在一定程度上提升非線性光學(xué)材料的熱穩(wěn)定性能和成膜性能，為某些特殊半導(dǎo)體玻璃的制備奠定堅實的基礎(chǔ)。

3.非線性光學(xué)材料的實際應(yīng)用與展望

目前，隨著我國光電子技術(shù)的快速發(fā)展，人們對光電材料各項性能的要求不斷提升，無機非線性光學(xué)材料在光通信系統(tǒng)、光電轉(zhuǎn)換以及光發(fā)射、倍頻、振蕩、調(diào)頻等行業(yè)中的應(yīng)用越來越廣泛。如圖1所示，即為有關(guān)研究人員利用有機低分子非線性光學(xué)材料合成的相應(yīng)化合物在濃度為0.01mol/L的CHCl2、CH2Cl3、DMF、PhCH2OH溶液中的雙光子熒光光譜圖，通過對圖形的研究和分析可知，由此制備的化合物對激光具有明顯的限幅效應(yīng)，為進一步提升近紅外線脈沖激光限幅器的性能做出了重要的貢獻。同時，響應(yīng)速度較快的具有二階三階非線性極化系數(shù)的有機高聚物非線性光學(xué)材料、兼?zhèn)溆袡C和無機材料優(yōu)勢的金屬有機配合物非線性光學(xué)材料和有機/無機雜化材料等都可通過研究人員對其的優(yōu)化改良、設(shè)計合成等方式為未來光電市場的進一步擴大做出重要的貢獻。

圖1 某化合物雙光子熒光光譜示意圖

4.結(jié)語

總之，21世紀(jì)是光電子產(chǎn)業(yè)迅猛發(fā)展的時期，非線性光學(xué)材料有關(guān)研究人員應(yīng)在牢牢掌握相關(guān)理論知識的前提下，順應(yīng)時代發(fā)展的潮流和市場的實際需求，為非線性光學(xué)材料的進一步研發(fā)做出一定的努力，為我國光電子技術(shù)的發(fā)展貢獻重要的價值。