非线性光学和非线性光学材料
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发布时间：2022-07-07 10:47:23
非线性光学(nonlinearoptics，NLO)是现代光学的一个新领域，是研究在强光作用下物质的响应与场强呈现的非线性关系的科学，这些光学效应称为非线性光学效应。在众多的非线性光学效应中，倍频效应(又称二阶非线性光学效应)是引人注目也是研究得较多的非线性效应。1961年Franken等人利用红宝石激光器获得的相干强光(λ=694.3nm)透过石英晶体时，产生了λ=347.2nm的二次谐波，其光波频率恰好是基频光频率的两倍，即所谓的倍频效应;从而开创了二阶非线性光学及其材料的新领域。自发现倍频效应以来，非线性光学领域吸引了大批科技工作者，使这一学科得到了发展，在30多年后的今天，非线性光学已经发展成为以量子电动力学、经典电动力学为基础，结合光谱学、固体物理学、化学等多门学科的综合性学科。
当较弱的光电场作用于介质时，介质的极化强度P与光电场E成线性关系
非线性光学的迅速发展源于非线性行为的物质载体—非线性光学材料的应用。非线性光学材料在光电通讯、光学信息处理和集成电路等方面有重要的应用。利用谐波产生，参量振荡与放大，光混频等效应制造的诸如混频器、光开关、光信息存储器、光限制器等元件采用光子代替电子进行数据的采集、存储和加工，因为光子的开关速度可达到fs级，比电子过程快几个数量级，因此在光频下工作可大大增加信息处理的带宽，如光盘的信息存储容量就得到了大大的提高。
目前非线性光学的研究主要集中在两个方面:一是开拓新的理论，探究非线性光学效应的机理，为设计制造出性质优良的非线性光学新材料提供理论依据。二是新型优良的非线性光学材料的制备和应用，在这一领域已经有不少材料投入了实际应用。但是波段红移和非线性光学系数之间的矛盾，使得非线性光学材料的进一步优化遇到了大大的困难，这一问题的解决，必然会大大推动NLO材料的优化制备与实际应用，因而也成为非线性光学学科中迫切需要解决的焦点问题。
随着非线性光学材料的迅速发展，新的问题和现象不断出现，这就要求不断有新的理论来解释这些现象，并为材料的设计和制备提供理论依据。对此，人们做了大量的工作，提出了若干理论模型，其中影响较大的有:非谐振子模型、键参数模型、双能级模型、键电荷模型和电荷转移模型等。我国科技工作者也提出了自己的理论，主要有:阴离子基团理论、双重基元结构模型、二次极化率矢量模型和簇模型理论。
高分子非线性光学材料和金属有机非线性光学材料就是针对有机NLO材料的热稳定性低、可加工性不好等不足应运而生的。高分子NLO材料在克服有机材料的加工性能不好和热稳定性低等方面是十分有效的，若在非线性效应方面再得以优化，将是一类很有前景的新材料。金属有机NLO材料的研究始于1986年，随后陆续报道了有关工作，但遗憾的是有些非线性效应很好的材料透光性不好。总的来说其非线性效应介于有机和无机非线性光学材料之间，这一将有机化合物和无机化合物的特性集于一身的设计思想对人们在改良非线性光学材料的性质方面是有很大启发性的。
目前，多数的工作都集中在二阶非线性光学材料上，三阶非线性光学材料的研究工作相对少些。与二阶非线性光学材料不同，三阶非线性光学材料不受化合物结构对称性的限制，而大的共轭体系是其关键因素，因而具有离域大π电子体系的共轭有机分子卟啉、酞青化合物成为三阶有机非线性光学材料的研究热点[6～9]，这是一类有较强的三阶有机非线性光学效应的有机材料。关于其他非线性光学材料的研究近来也有报道，随着对非线性光学材料研究的深入，不断有新材料涌现出来，但是离实际应用的要求还有一段距离。
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