专利名称：一种实现玻璃中二次谐波产生的新方法及应用的制作方法
技术领域：
本发明涉及光电子功能玻璃领域，特别是涉及一种实现玻璃中二次谐波产生的新方法及应用。
背景技术：
随着光通讯的发展，全光学信号处理和光计算机研究工作的不断展开，对各种空间光调制器、全光学开关等提出实用化要求。如光倍频、光学相位共轭等非线性光学技术，将在这些器件中得到更加广泛的应用。这些技术得以实现，器件得以运行的先决条件是制取性能优良的非线性光学材料。一般，从宏观角度来讲，玻璃是各向同性的，具有反演对称中心。而具有反演对称中心的介质，偶阶非线性电极化率应为零，即在理论上玻璃中是不会出现二阶非线性光学效应的，只有压电和铁电晶体才会出现这种效应。然而，八十年代Y.Sasaki和Y.Ohmori及U.Osterberg和W.Margulis先后在GeO2-SiO2玻璃光纤中观察到了激光诱导的二次谐波发生(Second-Harmonic Generation，简写为SHG)这一二阶非线性光学效应，1991年R.A.Myers及其同事又在经强电极化的SiO2块体玻璃中发现了SHG现象。玻璃中的SHG这一奇怪而有趣的现象，引起了各国学者极大的关注。最近几年，各国在这方面进行了许多有益的探索性的研究工作，并取得了一定的进展。玻璃是一种性能优良的非线性光学材料，在大部分光谱范围内高度透明，有高的化学稳定性、热稳定性和较高的三阶非线性系数及快的响应时间等许多优良的特性而引起国内外许多专家的瞩目，在集成光学上有广阔的应用前景。随着对玻璃SHG效应不断深入的研究，用新型的性能优良的二阶非线性光学玻璃替代较昂贵的非线性晶体，会大大推动全光信息处理、光计算机及激光医学、激光化学等科学技术的进一步发展。
自从在玻璃中发现了二次谐波发生这一奇怪现象后，各国学者对其产生机理进行了种种探索，随着玻璃中SHG现象的发现及玻璃本身所具有的一系列优良特性，各国在玻璃的二阶非线性光学特性方面的研究展开了激烈的竞争。
目前，主要有三种方法用以在玻璃中产生SHG效应电场/温度场极化法(又称为强电极化法)、激光诱导法和电子束辐射法。三种极化方法各有优缺点。激光诱导法需要较长的诱导时间，不利于器件在集成光路中的应用。电场/温度场极化法能够克服这一缺点，并能产生大的二阶非线性电极化率χ(2)，但却难以形成相位匹配的SHG。电子束辐射法由于聚焦电子束分辨率高及其对强电极化玻璃的非线性特性具有擦除功能，通过控制辐射方法，可直接在玻璃上形成复杂的具有周期性花样的极化区域，从而产生准相位匹配的SHG，这是其最大的优点，但χ(2)仍很小，有待进一步的研究。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种实现玻璃中二次谐波产生的新方法，应用于制备二阶非线性光学玻璃。
本发明解决其技术问题采用以下的技术方案本发明提供的实现玻璃中二次谐波产生的新方法，其步骤包括(1)在玻璃的两端面镀上导电电极；(2)通过步骤(1)所述的导电电极，在玻璃的两端施加外加电压，产生外加电场，并利用X-ray对其中一个导电电极所在的玻璃面进行辐射。
本发明提供的上述的方法，其在制备二阶非线性光学玻璃中的应用。
本发明综合了电场/温度场极化法、电子束辐射法和激光诱导法的优点，同时抵消了三者的缺点，诱导时间较短，二阶非线性电极化率χ(2)较大，能够产生准相位匹配的SHG。
图1为玻璃的X-ray辐照极化装置示意图。
图2为X-ray极化的掺N的H:SiO2PEVCD光学薄膜Maker条纹图。
图3为X-ray极化的掺Ge的H:SiO2PEVCD光学薄膜Maker条纹图。
图4为掺N的H:SiO2PEVCD光学薄膜的结构剖面图。
图5为掺Ge的H:SiO2PEVCD光学薄膜的结构剖面图。
具体实施例方式
本发明提供的实现玻璃中二次谐波产生的新方法是通过导电电极，在玻璃的两端施加外加电压，该外加电压为直流或交流，外加电压小于导致击穿玻璃的最大电压，温度小于玻璃的转变温度。在施加外加电场的同时，对玻璃进行X-射线辐照，射线强度大小和辐照时间长短不限。X-射线辐照的玻璃面可以是直流电场的正极或负极。
本发明利用X-ray辐照极化装置对导电电极所在的玻璃面进行辐射，该装置的结构如图1所示其中1为导电电极，2为X-ray，3为样品，R为电阻，PA为皮安表，V为电压表。
上述X-ray辐照极化装置的工作过程是在一定温度下(一般为室温)，通过导电电极接通样品两端电源，当电压加到实验所设计电压时，开通X-ray源，对样品施加外加电压区域进行辐照，辐照时间和强度依不同玻璃样品实验设计而定。
下面结合具体实施例对本发明提供的方法作进一步说明，但不限定本发明。
实施例1制备掺N的H:SiO2PEVCD光学薄膜，其结构为5μm的掺N的SiO2层镀在SiO2衬底上，中间有一层1μm的SiO2过渡层。光学薄膜具体成分为O含量为52.6wt％(64.9at％)，硅含量为44.7wt％(31.5at％)，氮含量为2.5wt％(3.6at％)，氢含量为0.2wt％(5at％)。此光学薄膜的结构剖面分为三层(见图4)，最上面一层为5μm厚的掺N的SiO2，中间一层为1μm厚的SiO2过渡层，最下面一层为SiO2衬底。
光学薄膜在极化前没有经过任何退火处理，且在玻璃的两端面上均镀上5μm的Ag导电电极。具体的极化条件为室温下外通过Ag电极外加交流电场1kV，对一个Ag电极所在的玻璃面进行X-ray辐射，强度为7keV，极化时间18h。
样品极化后采用Maker条纹测试，测试角度-80°～+80°，在极化后的样品中观察到二次谐波产生，结果如图2所示。
实施例2制备掺Ge的H:SiO2PEVCD光学薄膜，光学薄膜具体成分为O含量为47.7wt％(63at％)，硅含量为37.5wt％(28.2at％)，锗含量为13.04wt％(3.8at％)，氢含量为0.24wt％(5.0at％)。此光学薄膜的结构剖面剖面分为三层(见图5)，最上面一层为4.5μm厚的掺Ge的SiO2，中间一层为1μm厚的SiO2过渡层，最下面一层为SiO2衬底。
光学薄膜在极化前没有经过任何退火处理，且在玻璃的两端面上均镀上5μm的Ag导电电极。具体的极化条件为室温下外通过Ag电极外加交流电场1kV，对一个Ag电极所在的玻璃面进行X-ray辐射，强度为7keV，极化时间18h。样品极化后采用Maker条纹测试，测试角度-80°～+80°，在极化后的样品中观察到二次谐波产生，结果如图3所示。
上述实施例中，所述的玻璃是指普通氧化物玻璃，在非氧化物玻璃如硫系、硫卤玻璃等，由于玻璃本身的结构特点，将更于实现玻璃的二次谐波产生。
本发明提供的实现玻璃中二次谐波产生的新方法，其在制备二阶非线性光学玻璃中的应用。例如在氧化物玻璃及非氧化物玻璃等二阶非线性光学玻璃中的应用。
权利要求
1.一种实现玻璃中二次谐波产生的新方法，其特征在于，其步骤包括(1)在玻璃的两端面镀上导电电极；(2)通过步骤(1)所述的导电电极，在玻璃的两端施加外加电压，产生外加电场，并利用X-ray对其中一个导电电极所在的玻璃面进行辐射。
2.根据权利要求1所述的实现玻璃中二次谐波产生的新方法，其特征是所述步骤(1)中的导电电极为Ag或Cu。
3.根据权利要求1所述的实现玻璃中二次谐波产生的新方法，其特征是所述步骤(2)中外加电压为直流或交流，外加电压小于导致击穿玻璃的最大电压。
4.根据权利要求1所述的实现玻璃中二次谐波产生的新方法，其特征是在玻璃的两端施加外加电压时，外加温度应小于玻璃的转变温度。
5.一种实现玻璃中二次谐波产生的新方法，其在制备二阶非线性光学玻璃中的应用。
全文摘要
本发明提供了一种实现玻璃中二次谐波产生的新方法及应用。其步骤包括(1)在玻璃的两端面镀上导电电极；(2)通过步骤(1)所述的导电电极，在玻璃的两端施加外加电压，产生外加电场，并利用X－ray对其中一个导电电极所在的玻璃面进行辐射。本方法综合了电场/温度场极化法和电子束辐射法的优点，同时抵消了两者的缺点，诱导时间较短，二阶非线性电极化率χ
文档编号G02F1/355GK101030009SQ20071005185
公开日2007年9月5日 申请日期2007年4月12日 优先权日2007年4月12日
发明者刘启明 申请人:武汉理工大学