專利名稱：一種實現(xiàn)玻璃中二次諧波產(chǎn)生的新方法及應用的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及光電子功能玻璃領域，特別是涉及一種實現(xiàn)玻璃中二次諧波產(chǎn)生的新方法及應用。
背景技術：
隨著光通訊的發(fā)展，全光學信號處理和光計算機研究工作的不斷展開，對各種空間光調(diào)制器、全光學開關等提出實用化要求。如光倍頻、光學相位共軛等非線性光學技術，將在這些器件中得到更加廣泛的應用。這些技術得以實現(xiàn)，器件得以運行的先決條件是制取性能優(yōu)良的非線性光學材料。一般，從宏觀角度來講，玻璃是各向同性的，具有反演對稱中心。而具有反演對稱中心的介質，偶階非線性電極化率應為零，即在理論上玻璃中是不會出現(xiàn)二階非線性光學效應的，只有壓電和鐵電晶體才會出現(xiàn)這種效應。然而，八十年代Y.Sasaki和Y.Ohmori及U.Osterberg和W.Margulis先后在GeO2-SiO2玻璃光纖中觀察到了激光誘導的二次諧波發(fā)生(Second-Harmonic Generation，簡寫為SHG)這一二階非線性光學效應，1991年R.A.Myers及其同事又在經(jīng)強電極化的SiO2塊體玻璃中發(fā)現(xiàn)了SHG現(xiàn)象。玻璃中的SHG這一奇怪而有趣的現(xiàn)象，引起了各國學者極大的關注。最近幾年，各國在這方面進行了許多有益的探索性的研究工作，并取得了一定的進展。玻璃是一種性能優(yōu)良的非線性光學材料，在大部分光譜范圍內(nèi)高度透明，有高的化學穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性和較高的三階非線性系數(shù)及快的響應時間等許多優(yōu)良的特性而引起國內(nèi)外許多專家的矚目，在集成光學上有廣闊的應用前景。隨著對玻璃SHG效應不斷深入的研究，用新型的性能優(yōu)良的二階非線性光學玻璃替代較昂貴的非線性晶體，會大大推動全光信息處理、光計算機及激光醫(yī)學、激光化學等科學技術的進一步發(fā)展。
自從在玻璃中發(fā)現(xiàn)了二次諧波發(fā)生這一奇怪現(xiàn)象后，各國學者對其產(chǎn)生機理進行了種種探索，隨著玻璃中SHG現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)及玻璃本身所具有的一系列優(yōu)良特性，各國在玻璃的二階非線性光學特性方面的研究展開了激烈的競爭。
目前，主要有三種方法用以在玻璃中產(chǎn)生SHG效應電場/溫度場極化法(又稱為強電極化法)、激光誘導法和電子束輻射法。三種極化方法各有優(yōu)缺點。激光誘導法需要較長的誘導時間，不利于器件在集成光路中的應用。電場/溫度場極化法能夠克服這一缺點，并能產(chǎn)生大的二階非線性電極化率χ(2)，但卻難以形成相位匹配的SHG。電子束輻射法由于聚焦電子束分辨率高及其對強電極化玻璃的非線性特性具有擦除功能，通過控制輻射方法，可直接在玻璃上形成復雜的具有周期性花樣的極化區(qū)域，從而產(chǎn)生準相位匹配的SHG，這是其最大的優(yōu)點，但χ(2)仍很小，有待進一步的研究。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種實現(xiàn)玻璃中二次諧波產(chǎn)生的新方法，應用于制備二階非線性光學玻璃。
本發(fā)明解決其技術問題采用以下的技術方案本發(fā)明提供的實現(xiàn)玻璃中二次諧波產(chǎn)生的新方法，其步驟包括(1)在玻璃的兩端面鍍上導電電極；(2)通過步驟(1)所述的導電電極，在玻璃的兩端施加外加電壓，產(chǎn)生外加電場，并利用X-ray對其中一個導電電極所在的玻璃面進行輻射。
本發(fā)明提供的上述的方法，其在制備二階非線性光學玻璃中的應用。
本發(fā)明綜合了電場/溫度場極化法、電子束輻射法和激光誘導法的優(yōu)點，同時抵消了三者的缺點，誘導時間較短，二階非線性電極化率χ(2)較大，能夠產(chǎn)生準相位匹配的SHG。


圖1為玻璃的X-ray輻照極化裝置示意圖。
圖2為X-ray極化的摻N的H:SiO2PEVCD光學薄膜Maker條紋圖。
圖3為X-ray極化的摻Ge的H:SiO2PEVCD光學薄膜Maker條紋圖。
圖4為摻N的H:SiO2PEVCD光學薄膜的結構剖面圖。
圖5為摻Ge的H:SiO2PEVCD光學薄膜的結構剖面圖。
具體實施例方式
本發(fā)明提供的實現(xiàn)玻璃中二次諧波產(chǎn)生的新方法是通過導電電極，在玻璃的兩端施加外加電壓，該外加電壓為直流或交流，外加電壓小于導致?lián)舸┎ＡУ淖畲箅妷?，溫度小于玻璃的轉變溫度。在施加外加電場的同時，對玻璃進行X-射線輻照，射線強度大小和輻照時間長短不限。X-射線輻照的玻璃面可以是直流電場的正極或負極。
本發(fā)明利用X-ray輻照極化裝置對導電電極所在的玻璃面進行輻射，該裝置的結構如圖1所示其中1為導電電極，2為X-ray，3為樣品，R為電阻，PA為皮安表，V為電壓表。
上述X-ray輻照極化裝置的工作過程是在一定溫度下(一般為室溫)，通過導電電極接通樣品兩端電源，當電壓加到實驗所設計電壓時，開通X-ray源，對樣品施加外加電壓區(qū)域進行輻照，輻照時間和強度依不同玻璃樣品實驗設計而定。
下面結合具體實施例對本發(fā)明提供的方法作進一步說明，但不限定本發(fā)明。
實施例1制備摻N的H:SiO2PEVCD光學薄膜，其結構為5μm的摻N的SiO2層鍍在SiO2襯底上，中間有一層1μm的SiO2過渡層。光學薄膜具體成分為O含量為52.6wt％(64.9at％)，硅含量為44.7wt％(31.5at％)，氮含量為2.5wt％(3.6at％)，氫含量為0.2wt％(5at％)。此光學薄膜的結構剖面分為三層(見圖4)，最上面一層為5μm厚的摻N的SiO2，中間一層為1μm厚的SiO2過渡層，最下面一層為SiO2襯底。
光學薄膜在極化前沒有經(jīng)過任何退火處理，且在玻璃的兩端面上均鍍上5μm的Ag導電電極。具體的極化條件為室溫下外通過Ag電極外加交流電場1kV，對一個Ag電極所在的玻璃面進行X-ray輻射，強度為7keV，極化時間18h。
樣品極化后采用Maker條紋測試，測試角度-80°～+80°，在極化后的樣品中觀察到二次諧波產(chǎn)生，結果如圖2所示。
實施例2制備摻Ge的H:SiO2PEVCD光學薄膜，光學薄膜具體成分為O含量為47.7wt％(63at％)，硅含量為37.5wt％(28.2at％)，鍺含量為13.04wt％(3.8at％)，氫含量為0.24wt％(5.0at％)。此光學薄膜的結構剖面剖面分為三層(見圖5)，最上面一層為4.5μm厚的摻Ge的SiO2，中間一層為1μm厚的SiO2過渡層，最下面一層為SiO2襯底。
光學薄膜在極化前沒有經(jīng)過任何退火處理，且在玻璃的兩端面上均鍍上5μm的Ag導電電極。具體的極化條件為室溫下外通過Ag電極外加交流電場1kV，對一個Ag電極所在的玻璃面進行X-ray輻射，強度為7keV，極化時間18h。樣品極化后采用Maker條紋測試，測試角度-80°～+80°，在極化后的樣品中觀察到二次諧波產(chǎn)生，結果如圖3所示。
上述實施例中，所述的玻璃是指普通氧化物玻璃，在非氧化物玻璃如硫系、硫鹵玻璃等，由于玻璃本身的結構特點，將更于實現(xiàn)玻璃的二次諧波產(chǎn)生。
本發(fā)明提供的實現(xiàn)玻璃中二次諧波產(chǎn)生的新方法，其在制備二階非線性光學玻璃中的應用。例如在氧化物玻璃及非氧化物玻璃等二階非線性光學玻璃中的應用。
權利要求
1.一種實現(xiàn)玻璃中二次諧波產(chǎn)生的新方法，其特征在于，其步驟包括(1)在玻璃的兩端面鍍上導電電極；(2)通過步驟(1)所述的導電電極，在玻璃的兩端施加外加電壓，產(chǎn)生外加電場，并利用X-ray對其中一個導電電極所在的玻璃面進行輻射。
2.根據(jù)權利要求1所述的實現(xiàn)玻璃中二次諧波產(chǎn)生的新方法，其特征是所述步驟(1)中的導電電極為Ag或Cu。
3.根據(jù)權利要求1所述的實現(xiàn)玻璃中二次諧波產(chǎn)生的新方法，其特征是所述步驟(2)中外加電壓為直流或交流，外加電壓小于導致?lián)舸┎ＡУ淖畲箅妷骸?br> 4.根據(jù)權利要求1所述的實現(xiàn)玻璃中二次諧波產(chǎn)生的新方法，其特征是在玻璃的兩端施加外加電壓時，外加溫度應小于玻璃的轉變溫度。
5.一種實現(xiàn)玻璃中二次諧波產(chǎn)生的新方法，其在制備二階非線性光學玻璃中的應用。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種實現(xiàn)玻璃中二次諧波產(chǎn)生的新方法及應用。其步驟包括(1)在玻璃的兩端面鍍上導電電極；(2)通過步驟(1)所述的導電電極，在玻璃的兩端施加外加電壓，產(chǎn)生外加電場，并利用X－ray對其中一個導電電極所在的玻璃面進行輻射。本方法綜合了電場/溫度場極化法和電子束輻射法的優(yōu)點，同時抵消了兩者的缺點，誘導時間較短，二階非線性電極化率χ
文檔編號G02F1/355GK101030009SQ20071005185
公開日2007年9月5日 申請日期2007年4月12日 優(yōu)先權日2007年4月12日
發(fā)明者劉啟明 申請人:武漢理工大學