非线性光学综述
Mo2Zr的第一性原理研究综述
一、题目研究的背景及意义
钼由于具有熔点高、强度大、硬度高、导电导热性好、热膨胀系数低，耐磨损和抗腐蚀性能强及良好的抗热震性能和耐热疲劳性能等特点，因而被广泛应用于钢铁工业、电子工业、航空航天、原子核能及金属压力加工等领域[1-3]。然而，由于氧、氮等杂质原子在晶界的富集及其本征脆性，钼及钼合金烧结后脆性非常明显[4-5]。。而Zr具有高的熔点，高温下能与钼产生固溶而低温下溶解度很小，能对钼起到显著的固溶强化及弥散强化效果，且Zr 在加热时能大量吸收氧、氢、氮等元素，可能是改善烧结钼合金室温脆性的有效途径。所以研究Mo-Zr 合金有着重要的实践意义，Mo-Zr的制备采用粉末冶金方法。Mo-Zr合金主要应用于工业领域，例如燃气轮机的叶片，加热熔融玻璃时的电极，黄铜及有色金属铸造的模具，涡轮喷气飞机、火箭及核反应堆的某些组件和暴露于腐蚀化学物质的部分。本文基于密度泛函理论对Mo2Zr的晶体结构作了优化，分别计算了Mo2Zr、Mo、bcc-Zr的晶格常数及力学性质，我们将本文计算值与他人及实验结果作了对比，发现我们计算的结果与他人及实验值吻合的比较好。
二、基本理论方法
第一性原理计算方法，或称Hartree-Fock方法，是First Principles Calculation 的译文，又称从头计算（ab initio calculation）。第一性原理计算方法的出发点就是将多个原子构成的体系理解为由电子和原子核组成的多粒子系统，然后求解这个多粒子系统的薛定谔方程组，获得描述体系状态的波函数Φ 以及对应的本征能量。从理论上讲，通过这两项结果就可以推导系统的所有性质。为了求解多粒子系统的薛定谔方程，在第一性原理计算中采用了三个基本近似，即非相对论近似、Born-Oppenheimer 近似（也称为绝热近似）和Hartree-Fock 近似（单电子近似）。常用的第一性原理计算方法主要使用的是线性缀加平面波方法（LAPW）和赝势平面波方法。本课题所使用的是V ASP及PWSCF软件包所采用的赝势平面波方法。赝势平面波方法基组用平面波展开，晶体势场用赝势代替。平面波基是一种最简单的正交、完备的函数集合，它有以下优势：（1）具有良好的解析形式，是正交归一的，无需考虑重叠积分。（2）可以尽可能多的使用平面波作为基底。（3）平面波是非局域的，它不依赖于原子的位置。
密度泛函理论是多粒子系统基态研究的重要方法，它不但给出了将多电子问题简化为单电子问题的理论基础，也成为分子和固体的电子结构和总能量计算的有力工具。在第一性原理计算中，要求解系统中原子间的相互作用能，就要求解如下的薛定谔方程：
第一性原理计算的核心是采用合理的近似和简化，利用量子力学求解多体问题。组成固体的多粒子系统的薛定谔方程：
(,)(,)H H E ψ=ψr R r R （2.1）
如果不考虑其他外场的作用，晶体的哈密顿量应包括原子核和电子的动能以及这些粒子之间的相互作用能，形式上写成
N e N e H H H H -++= (2.2)
我们对研究体系进行简化，把在原子结合中起作用的价电子和内层电子分离，内层电子与原子核一起运动，构成离子实（ion core ），离子实与价电子构成凝聚态体系的基本单元。晶体哈密顿量可以改写为：
2
222
222,112222i i i j i ij i Z Z e Z e e H m M αβααααβαααβ≠≠????=-?+-?++- ? ?-????
∑∑∑∑∑
αr R r R (2.3) 第一项为电子动能，第二项为离子的动能，第三项和第四项是成对离子和电子之
间的静电能，第五项为电子和核之间的吸引作用。其中，αM 表示第α个离子的质量，相应坐标是{}αR ；m 表示电子质量；i j i j =-r r r 表示电子间距离，
αβαβ=-R R R 表示原子核间距离；αZ 表示第α个原子核的电荷。
2.1 Born-Oppenheimer 绝热近似
原子核质量比电子大得多，运动速度比电子小得多，因此可以把电子的运动与原子核的运动分开考虑。讨论电子的运动时，离子实是处在它们的瞬时位置上，可以认为离子实始终不动，电子处于固定的离子实产生的势场中，讨论离子实的运动时，不考虑电子在空间的具体分布。这就是玻恩（M.Born ）和奥本海默（J.E. Oppenheimer ）提出的绝热近似或称为玻恩——奥本海默（Born-Oppenheimer ）近似。
对应本征能量H E 的系统波函数近似为
(,)()(,)χφψ=r R R r R （2.4）
上式表示的就是绝热近似：第一个因子()χR 是描写离子实运动的波函数，第二个因子(,)φr R 是描写多电子体系运动的波函数。离子实满足如下方程：
()()()2
20
2E M αααχεχ??-?+= ???
∑R R R （2.5） 其中，R 表示所有离子实坐标{}αR 集合，()R E 0是电子体系的总能量，以平
均势的身份出现在离子实的动力学方程之中，常被称为Born-Oppenheimer 势能面。相互作用的电子系统满足如下方程：
()()0(,)(,),BO H E φφ=r R r R R r R （2.6）
其中BO H 被称为Born-Oppenheimer 哈密顿量，表示为：
22
22
2
,1222BO
i
i i j i ij i Z Z Z e e e H m αβααβααβα
≠≠=-?++--∑∑∑∑r R r R (2.7) 2.2 哈特利-福克（Hartree-Fock ）近似
通过绝热近似，把电子运动与离子实的运动分开，但系统的薛定谔方程仍然
是一个多体方程。由于电子间存在的库伦相互作用，严格求解这种多电子问题是不可能的。通过哈特利-福克（Hartree-Fock ）近似,可以将多电子的薛定谔方程简化为单电子有效势方程。
哈特利波函数将多电子波函数表述为每个独立电子波函数的连乘积形式：
()()()()12n n φφφφ=12r r r r （2.8）
哈特利-福克单电子近似方程可以表示为：
()()()()()''2'
',-HF i i i V dr E ρρφφ??-???+-=??-????
?r r r r r r r r （2.9） 哈特利-福克近似虽然包含了电子与电子的交换相互作用，得到了更进一步的结果，却没有考虑电子之间排斥相互作用，因此仍然具有一定的局限性，不能认为是一个严格的单电子理论。“单电子近似”的近代理论是在密度泛函理论的基础上发展起来的。 2.3 Hohenberg-Kohn 定理
密度泛函理论是一种研究多粒子系统基态的重要方法。建立在Hohenberg-Kohn 定理上的密度泛函理论不但建立了将多电子问题转化为单电子方程的理论基础，同时也成为分子和固体的电子结构和总能量计算的有力工具。密度泛函理论可以使复杂的多电子波函数()φr 及其对应的薛定谔方程转化成为简单的粒子数密度函数()ρr 及其对应的计算体系。
密度泛函理论的宗旨是：原子、分子和固体的基态物理性质可以用粒子密度函数()ρr 来描述。1964年，Hohenberg 和Kohn 利用Thomas-Fermi 模型理论提出了Hohenberg-Kohn （H-K ）第一和第二定理。这两个定理是密度泛函理论的严格理论基础，可以归结为：
第一定理：不计自旋的全同费密子系统的基态能量是粒子数密度函数()ρr 的唯一泛函。
其核心是：粒子数密度函数()ρr 是一个决定系统基态物理性质的基本变量。
()ρr 定义为
()()()ρφφ+≡ψψr r r （2.10）
其中φ是基态波函数。
第二定理：能量泛函[]ρE 在粒子数不变的条件下对正确的粒子数密度泛函
()ρr 取极小值，并等于基态能量。
其核心是：在粒子数不变条件下能量泛函对密度函数的变分就得到系统基态的能量[]G E ρ。获得基态，可以预测很多性质。例如，分子的键长，振动频率，固体的晶胞边长、弹性系数张量，甚至是化学键的断裂或是生成，对电子而言都
是基态的性质。
多电子系统的哈密顿量为：
H T U V =++ （2.11）
T 为电子动能，U 为库仑排斥项，V 为由对所有粒子都相同的局域势()υr 表示的外场的影响。对于给定的()υr ，能量泛函[]ρE 定义为：
()()()E d T U ρυρφφ≡++?r r r （2.12）
定义一未知的、与外场无关的泛函[]F ρ：
[]F T U ρφφ≡+ （2.13）
[][]()()[]1
2XC F T d d E ρρρρρ''=++'
-??r r r r r r (2.14)
其中第一项是具有粒子数密度()ρr 的非相互作用电子系统的动能，第二项与无相互作用粒子模型的库仑排斥项相对应，最后一项[]XC E ρ表示交换- 关联能，代表了所有未包含在无相互作用粒子模型中的相互作用项，仍然是未知的。
目前，对于问题的求解仍然存在三方面的困难：一是如何确定粒子数密度函数()ρr ，二是如何确定动能泛函[]T ρ，这两个问题可以由Kohn 和Sham （沈吕九）在1965年提出的Kohn-Sham 方程解决。三是如何确定交换关联能泛函[]XC E ρ，这个问题一般通过采用局域密度近似（local-density approximation, LDA ）解决。
2.4 Kohn-Sham 方程
Kohn 和Sham 构造了用无相互作用粒子模型代替有相互作用粒子哈密顿量中的相应项，而将有相互作用粒子的全部复杂性归入交换关联相互作用泛函
[]XC E ρ中去，从而转化为单电子图像。即：
()()2
1
N
i i ρφ==∑r r (2.15)
用无相互作用粒子的动能泛函[]s T ρ代替动能泛函[]T ρ，
[]()()()21N
s i i i T d ρφφ*==-?∑?r r r （2.16）
对ρ的变分可用对()i φr 的变分代替，有
()()()()110N
i i i i i E E d δρφφδφ*
=????--=??????????
∑?r r r r r （2.17） 于是可得
()()[]()()()2-+XC i i i E d E δρρνφφδρ??'??'?++=??'-????
?r r r r r r r r （2.18）
其中
()()()()()
XC eff E V d δρρνδρ??'??'=++
'-?r r r r r r r r （2.19） （2.15），（2.18）和（2.19）一起称为Kohn-Sham 方程。有效势()eff V r 是第一项外势()υr 、第二项库仑势和第三项交换关联势之和。
基态密度函数可从求解式（2.18）得到()i φr 后根据式(2.15)构成。实际求解Kohn-Sham 方程的过程是一个自洽循环的过程，当输出的粒子数密度()ρr 与上一次计算结果的差值小于一定的收敛精度时，即可认为得到自洽的结果。 2.5 常用的交换关联函数
在Hohenberg-Kohn-Sham 方程的框架下，多电子薛定谔方程简化为有效的单电子Kohn-Sham 方程，这种计算方案是完全严格的，其中唯一的近似包含在交换关联能[]XC E ρ一项中，所以找出合理的交换关联能泛函形式是求解Kohn-Sham 方程的关键。目前，局域密度近似泛函(Local Density Approximation ，LDA)和广义梯度近似泛函(Generalized Gradient Approximation ，GGA)被广泛使用。
局域密度近似泛函（LDA ）是一个简单可行而又富有实效的近似。其基本思想是利用一个局域的均匀系统来代替非均匀系统。也就是说，原本需要知道整个 ()ρr 函数分布才能确定空间中各点的()()XC r ερ的大小，
LDA 近似成只要给定位置r ，代入()ρr 得出该位置的ρ，就可以得到该位置的LDA
XC ε值。即()()XC r ερ大小
只跟那个位置的电荷密度大小有关，称作局域密度近似（Local Density Approximation ），简称LDA 。
实践证明，在密度泛函理论、局域密度近似（LDFT ）框架下的计算都能得
到合理的结果。在局域密度近似下，交换关联能[]LDA XC E ρ可以写为：
[]()()()3LDA
XC XC E d ρρερ=?r r r （2.20）
[]LDA
XC E ρ满足：
()()()()()()
LDA
XC XC E ρερδρδρρ?????????=?r r r r r （2.21）
其中()()XC r ερ是密度为ρ的均匀系统中每个粒子的交换-关联能。 LDA 方法普遍高估了结合能，特别是对于结合较弱的体系，误差较大。为了弥补LDA 在计算过程当中的缺陷，不断发展出新的修正方法。广义梯度近似（Generalized Gradient Approximation ，GGA ）是在LDA 的基础上引入了电荷密度的梯度修正，以考虑电荷分布的不均匀性，更适合处理密度的非均匀性。与LDA 相比，GGA 在很大程度上改进了原子的交换能和相关能的计算结果，但并不总是优于LDA 。大量计算表明，GGA 会高估晶格常数，而LDA 会低估晶格常数， LDA 和GGA 都会低估半导体带隙。
GGA 近似下，交换关联能与密度及其梯度有关：
()3,GGA XC XC E f d ρρ=??r (2.22)
通常将XC E 分为交换和相关两个部分各自寻找合适的泛函。对于GGA ，常用的交换关联能有三种形式有：PW91，PBE ，RPBE 等形式。 2.6 布洛赫（Bloch ）定理
固体是存在大量原子核和电子的多粒子系统，需要太多的时间完成计算。无穷大的体系是不可能精确求解的，在Born-Oppenheimer 近似和Kohn-Sham 定理基础上，需要进一步的近似才能求解多粒子体系的能级和本征函数问题。为了求解问题，我们通常构造一个有限大小的基元，形成具有宏观周期性的物质体系。体系中所有离子势场和其它电子的平均场被看作是周期性势场,体系中电子的运动可以简化成求解周期场作用下的单电子薛定谔方程。由于具有空间周期性，作为反映电子状态的相空间和能量空间必然具有相同的周期性，可以在有限大小的相空间（第一布里渊区）中进行久期方程的求解，这就是周期性繁衍思想和周期性边界条件的应用价值所在。对于周期体系当中电子行为的描述，布洛赫波是极为重要的一个概念。
布洛赫定理：周期势场中的电子波函数必定是按晶格周期函数调幅的平面波。 在周期场中，波动方程的解φ具有如下性质：
()()n
i n e φφ?+=k R r R r （2.23）
式(2.23)就是布洛赫定理。它确定了周期势场中波动方程解的基本特征。根据布洛赫定理可以把波函数写为：
()()i e u φ?=K r r r (2.24)
上式表达的波函数称为布洛赫函数，它是平面波与周期函数的乘积。其中
()u r 具有与晶格同样地周期性，即
()()n u u +=r R r (2.25)
k 为一矢量，称为简约波矢，是对应于平移操作本征值的量子数。它的物理
意义是：表示原胞之间电子波函数位相的变化。波函数和能量本征值都和k 值有关，不同的k 值表示电子不同的状态。晶格周期性和周期性边界条件确定了k 只能在第一布里渊区内取N （晶体原胞数目）个值。
借助于布洛赫定理，可以逐个k 求解Kohn-Sham 方程：
()()()22-2eff n n n V m φεφ???+=????
k k k r r r (2.26) 计算之前，首先要在布里渊选择一定数目的k 点，然后逐个k 求解本征方程。通过运用布洛赫定理，电子无穷数量的问题就化为了在周期晶胞的第一个布里渊区内用无穷倒空间向量k 表示波函数的问题了。 三、 工作内容
1、Mo2Zr结构的搭建及优化
Mo2Zr晶体结构（C15）Mo2Zr优化后的结构Mo2Zr优化后的晶格常数为7.628 ?，与实验值7.586 ? [6]接近，他人用ASW的方法计算出结果为7.505 ? [6]，用FLG计算出的结果为7.479 ? [6]，用的方法是the augmented spherical wave (ASW) method with the von Barth-Hedin local density approximation (LDA) parametrization。We still use the LDA (full potential LMTO called FPL in this paper，full potential LMTO with gradient correction，called FLG)。用的方法是线性能带计算方法，采用全势LDA 加梯度修正（文献[6]中称为FLG方法）。
2、Mo2Zr的力学性质
我们利用应变-总能变化的关系式，计算出Mo2Zr的弹性常数C ij
，然后利用V oigt- Reuss-Hill (VRH)近似计算出体弾模量B和剪切模量G。下表为目前初步计算的Mo2Zr的弹性常数及体弾模量与文献和实验值的对比结果。
剪切模量G V=159.505，G R=82.887。
3、利用优化后的结构，改变体积求对应的能量，得到Mo2Zr的E-V曲线；改变体积，求不同体积下的体弹模量，得到B-V曲线。
E
V
Mo2Zr 的E-V 曲线
b
v
Mo2Zr 的B-V 曲线
4、计算了Mo 、bcc-Zr 的晶格常数、弹性常数，为了对比，我们列出了实验值和他人的计算结构，图一为晶格常数与他人结果和实验值的对比，图二为弹性常数、体弹模量计算值与他人计算值和实验值的对比。
图一：Mo、bcc-Zr的晶格常数
图二：Mo、bcc-Zr的弹性常数、体弹模量计算值与实验值和他人结果的对比从对比结果可以看出，我们的计算值与他人及实验值吻合的很好，从而验证了本文计算的合理性。
参考文献：
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学,2011.
最新非线性光学复习总结
一.非线性基本概念 线性极化率的基本概念: 一、电场的复数表示法： E(r,t)=1/2E(r,ω)exp(-iωt)+c.c. (1) E(r,t)=Re{E(r,ω)exp(-iωt)} (2) E(r,t)=1/2E(r,ω)exp(-iωt) (3) 以上三者物理含义是一致的，其严格数学表示是（1）式。（注意是数学表达式，所以这种表示法主要还是为了运算的方便，具体那些系数、共轭神马的物理意义是其次的，不用太纠结。）称为复振幅，代表频率为的简谐振动，的频率仅是数学描述，物理上不存在。1/2是归一化系数。 对于线性算符，可采用（3）式进行简化计算，然后加c.c.或Re{ }即可 对非线性算符，必须采用（1）式的数学形式计算 二、因果性原理：某时刻的电场只能引起在此时刻以后介质的响应，而对此时刻以前的介质响应没有贡献。也可以这样说，当光在介质中传播时，t时刻介质所感应的极化强度P(t)不仅与t时刻的光电场有关，也与此前的光电场有关。（先有电场E，后有极化P） 与此相关的是时间不变性原理：在某时刻介质对外电场的响应只与此前所加电场的时间差有关，而与所取的时间原点无关。 于是，极化强度表达的思路即是先找到时刻t之前附近的一段微小时间t-τ=dτ内电场的作用，再对从电场产生开始以来的时间进行积分，求得总的效应。 τ时刻电场，影响其后的极化： t时刻的极化，来自其前面时刻的电场贡献：
或t时刻的极化，来自前面时刻的电场贡献： 三、线性极化率：其中 四、介电常数（各向同性介质）： 五、色散：由于因果性原理，导致必然是频率的函数，即介质的折射率和损耗都随光波长变化，称为色散现象。正常色散：折射率随波长增加而减小。 六、KK关系: 以上两式为著名的KK色散关系，由K-K关系课件，只要知道极化率的实部和虚部中任何一个与频率的函数关系（光谱特性）就可通过此关系求出另外一个。 线性极化率张量同样满足真实性条件：,所以， 这两式是线性极化率的KK关系。 七、极化率的一维谐振子经典模型:没希望考了。 非线性极化率的基本概念: 一、非线性极化强度：即与电场强度成二次、三次等幂次方关系的电极化强度。下图是课件里的标准写法
非线性光学考试知识答案
1 说出电极化率的 4 种对易对称性，并说明满足的条件 本征对易对称性（不需要任何条件）、完全对易对称性（介质无耗）、时间反演对称性（介质无耗）、空间对称性χ （1）是对称张量（介质无耗）； 2 说出下式的物理意义： 表示由频率为ωm ，场振动方向为x 方向的场分量E x (ωm )，频率为ωn 、场振动方向为y 方向的场分量E y (ωn )以及频率为ωl ，场振动方向为z 方向的场分量E z (ω1 )三者间的非线性相互作用所引起的在x 方向上的三阶非线性电极化强度的一个分量。 3 对于二次谐波和三次谐波，相干长度的物理意义参量过程中的位相匹配有和物理意义 举例说明两种实现位相匹配的方法 1）Lc 物理意义: 三次谐波强度第一次达到其最大值的路程长度，典型值为1～100mm.如?K=0，Lc 为无穷大。 2) 位相匹配的物理意义：在位相匹配条件下，二次谐波和三次谐波等非线性效应产生过程效率会大到最高，相应的位相不匹配条件下，产生效率会大大降低。 3）利用晶体的双折射特性补偿晶体的色散效应，实现相位匹配。 在气体工作物质中，利用缓冲气体提供必要的色散，实现相 位匹配。 4 为什么参量振荡器能够产生连续输出频率，而激光器只能输出单个频率 能量守恒 ω3=ω1+ω2 动量守恒 n 3ω3=n 1ω1+n 2ω2 改变温度、角度(对非常光)、电场、压力等可改变晶体的折射率，从而改变参量振荡器的 输出频率?1，?2。因此参量振荡器可实现连续调谐。 而激光振荡器是利用原子跃迁的机理工作的，不能连续调谐。这是参量振荡器和激光振荡 器的区别 5 在拉曼散射中，为何观察不到高阶斯托克斯散射在受激拉曼散射中，高阶斯托克斯散射 光却较强高阶斯托克斯光的散射角有什么变化规律 由?p ，?s 非线性作用产生。如一级反斯托克斯散射光??s =?p +?v = ?p + ?p - ?s 由?p , ?p , ?s 通过三阶非线性产生。 代入上式，一级反斯托克斯散射光只有满足相位匹配条件： 时才能有效地产生。 高阶斯托克斯光散射角变化规律：斯托克斯散射光都是沿着与入射光方向成θ角的圆锥(3)0(,,)()()()exp[()] xxyz m n l x m y n z l m n l E E E i t εχωωωωωωωωω-++(3)'(3)0(,)3(,)()()()s p p s p p s r ωεωωωωωω=-M P a a a χ(,)(,)(,)exp[(2)] *p p s p s E r E r E r i ωωω?-?K K r 101p s s ?--='K =2K K K
光学树脂材料综述
摘要:我国眼镜片行业所用各种树脂消耗量大约为６０００吨／年。然而，本土企业生产的光学树脂还不到总量的５％，中高端树脂市场基本还是空白。本文对传统光学树脂材料和新型光学树脂材料进行了综述。 关键词:光学树脂材料；树脂镜片 上世纪３０年代以前，光学领域的主要材料是光学玻璃，其种类有将近２４０多种，折射率从１．４到２．８，可以选择的范围相当广。眼镜片对比重和抗冲击性能的要求都比较高，然而大部分光学玻璃比重较高，容易破碎。与光学玻璃相比，光学树脂具有质量轻、抗冲击和易加工成型等优点，一经推出，很快就替代了光学玻璃成为眼镜片的主流产品。国外对光学树脂的开发研究工作始于上世纪２０年代，到目前为止已经生产出数十种不同规格的光学树脂，其中，日本、美国、德国和比利时等国家已有多种新型树脂商业化，他们在我国申请大量的专利，期望长久占有中国市场，赚取高额的垄断利润。与国外相比，国内树脂镜片生产厂家研发力量单薄，生产技术大多是通过国外引进，基本没有新型的树脂材料推出。上海伟星光学有限公司是一家以技术为导向的高新技术企业，积极打造自己的技术优势，通过不断的努力开发出新型的树脂材料，商品牌号ＰＵ－１、ＰＵ－２，并已经向国家专利局申请了专利。该技术填补了国内眼镜行业的空白，达到国际先进水平，该项技术将使得中国在光学树脂原料的生产领域占有一席之地。为了让更多的人对光学树脂有更深的了解，本文将分传统光学树脂材料和新型光学树脂材料两类，对光学树脂材料进行综述。 1 传统光学树脂材料 传统的光学树脂材料有聚甲基丙烯酸甲酯（ＰＭＡＡ）、聚苯乙烯（ＰＳ）、聚碳酸酯（ＰＣ）和聚双烯丙基二甘醇碳酸酯（ＣＲ－３９）。其中甲基丙烯酸甲酯和苯乙烯的共聚物为一种新型的树脂，其名称为ＭＳ；苯乙烯和丙烯氰共聚为另外一种树脂，其名称为ＮＡＳ。表１－１详细介绍了这些树脂的性能，并与光学玻璃进行了比较。 编者按：上海伟星光学有限公司依靠自身研发力量，目前已经成功开发出１．６１和１．６７高折射率聚胺酯树脂镜片单体，并申请两项专利。相关技术填补了国内眼镜行业的空白。伟星光学认为，这只是本土镜片公司走研发创新之路，拥有自主知识产权的第一步，离发达国家在镜片单体研发方面取得的成就还相距甚远。伟星公司开设此专栏，旨在与行业有识之士共同探讨本土企业树脂镜片如何创新——或自主研发、或与国外与国内相关机构合作、或与国外镜片企业达成技术合作，共同推动本土镜片在技术创新领域获得突破，实现产品升级。 光学树脂材料综述 文汪山献松 陈国贵 从表１中可以看出，从折射率角度而言，玻璃的折射率更高，传统光学树脂的折射率相对较低。光学玻璃在阿贝数、玻璃化温度和抗老化方面都有着很好的性能，但是其密度高、冲击强度低，这对于眼镜镜片而言将会带来两个致命的弱点：镜片太重而且容易破碎。基于对眼睛的保护，光学树脂塑料取代了光学玻璃成为眼镜片的主流材料。就传统树脂材料而言，ＰＭＭＡ具有较高的阿贝数和较低的双折射率，光透过时其色散程度很低，但是其折射率和冲击强度较低。ＣＲ－３９是早期最成功的光学树脂，具有很高的阿贝数，较好的抗冲击强度，做成树脂镜片可以通过ＦＤＡ测试（落球实验，美国镜片的检验标准），另外其变性温度很高，有利于镜片的后续加工。ＣＲ－３９树脂是由美国ＰＰＧ公司于１９４５年投放市场的，又名哥伦比亚树脂（Ｃｏｌｕｌｎｂｉａ Ｒｅｓｉｎ），是聚双烯丙基二甘醇碳酸酯的商品名称，单体的结构如下： 因为是烯丙基型双键，聚合活性低，需要高效引发剂如ＩＰＰ、ＥＨＰ引发才能聚合；由于是高度交联，其制品连续使用温度可以承受１００℃，短暂工作温度可以达到１５０℃。随着新型树脂材料的不断推出，ＣＲ－３９由于其折射率太低，在光学树脂领域所占的份额逐年降低，目前已经逐渐淡出中国的镜片市场。ＰＣ具有较高的折光指数，其优良的抗冲击性能受到了广大美国用户的肯定，占据着美国镜片市场的３０％，但是在中国的市场份额较低，最主要的原因是该树脂镜片的阿贝数较低，抗老化性能不好，另外镜片基材较软，不耐磨损。ＰＳ尽管有较高的折射率，但是由于其阿贝数较低、抗老化性能差和抗冲击性能差等多种原因，很少单独作为光学镜片的树脂材料，往往都是和其他材料复合使用。目前，国内市场使用最多的是ＭＳ。ＭＳ 的折射率高于ＣＲ－３９，阿贝数也比ＰＣ高，且该材料加工制备简单，价格比较便宜，受到了广大中国消费者的欢迎。ＮＡＳ 的折射 性能nd νd b b(nm)T%T%UV IPS L H Td R%α ρSR% BK-71.52640.3 9292 565 0.0742.53 光学玻璃SF-21.64340.4 8989 428 8.83.85 光学塑料 PM M A 1.4958-12<209291～922～380～10090～1002.00.71.190.2～0.6 PS 1.5931-15>1009060～702～370～90940.20.81.060.1～0.5 PC 1.5830-1420～1009070～8080～100701300.40.71.20.5～0.8 N A S 1.5734～35-1420～1009070～802～370～90900.80.71.070.2～0.6 PM M A 1.5640-1420～10089882～370～95900.80.81.090.1～0.5 PM M A 1.5058 20～10091902～31001401.01.21.3214nd ：折光指数， νd ：阿贝数， β:折射率温度系数， b ：双折射，T%UV ： UV 照射2000小时后的透光率，IPS ：冲击强度，LH ：洛式硬度，Td ：热变形温度, R%：饱和吸湿率, α：热膨胀系数， SR%：成型收缩率 表1 光学玻璃和光学树脂的性能比较 ■ 【伟星科技?树脂镜片创新论坛】 ■ 060 ■ China Glasses
非线性光学材料小结
非线性光学材料 一、概述 20 世纪60 年代, Franken 等人用红宝石激光束通过石英晶体,首次观察到倍频效应,从而宣告了非线性光学的诞生，非线性光学材料也随之产生。 定义：可以产生非线性光学效应的介质 （一）、非线性光学效应 当激光这样的强光在介质传播时，出现光的相位、频率、强度、或是其他一些传播特性都发生变化，而且这些变化与入射光的强度相关。 物质在电磁场的作用下,原子的正、负电荷中心会发生迁移,即发生极化,产生一诱导偶极矩p 。在光强度不是很高时,分子的诱导偶极矩p 线性正比于光的电场强度E。然而,当光强足够大如激光时,会产生非经典光学的频率、相位、偏振和其它传输性质变化的新电磁场。分子诱导偶极矩p 就变成电场强度E 的非线性函数,如下表示: p = α E + β E2 + γ E3 + ?? 式中α为分子的微观线性极化率;β为一阶分子超极化率(二阶效应) ,γ为二阶分子超极化率(三阶效应) 。即基于电场强度E 的n 次幂所诱导的电极化效应就称之为n 阶非线性光学效应。 对宏观介质来说, p = x (1) E + x(2) E2 + x (3)E3 + ?? 其中x (1) 、x(2) 、x(3) ??类似于α、β、γ??,表示介质的一阶、二阶、三阶等n 阶非线性系数。因此,一种好的非线性光学材料应是易极化的、具有非对称的电荷分布的、具有大的π电子共轭体系的、非中心对称的分子构成的材料。另外,在工作波长可实现相位匹配,有较高的功率破环阈值,宽的透过能力,材料的光学完整性、均匀性、硬度及化学稳定性好,易于进行各种机械、光学加工也是必需的。易于生产、价格便宜等也是应当考虑的因素。 目前研究较多的是二阶和三阶非线性光学效应。 常见非线性光学现象有： ①光学整流。E2项的存在将引起介质的恒定极化项，产生恒定的极化电荷和相应的电势差，电势差与光强成正比而与频率无关，类似于交流电经整流管整流后得到直流电压。 ②产生高次谐波。弱光进入介质后频率保持不变。强光进入介质后，由于介质的非线性效应，除原来的频率ω外，还将出现2ω、3ω、……等的高次谐波。1961年美国的P.A.弗兰肯和他的同事们首次在实验上观察到二次谐波。他们把红宝石激光器发出的3千瓦红色（6943埃）激光脉冲聚焦到石英晶片上，观察到了波长为3471.5埃的紫外二次谐波。若把一块铌酸钡钠晶体放在1瓦、1.06微米波长的激光器腔内，可得到连续的1瓦二次谐波激光，波长为5323埃。非线性介质的这种倍频效应在激光技术中有重要应用。 ③光学混频。当两束频率为ω1和ω2（ω1＞ω2）的激光同时射入介质时，如果只考虑极化强度P的二次项，将产生频率为ω1＋ω2的和频项和频率为ω1－ω2的差频项。利用光学混频效应可制作光学参量振荡器，这是一种可在很宽范围内调谐的类似激光器的光源，可发射从红外到紫外的相干辐射。 ④受激拉曼散射。普通光源产生的拉曼散射是自发拉曼散射，散射光是不相干的。当入射光采用很强的激光时，由于激光辐射与物质分子的强烈作用，使散射过程具有受激辐射的性质，称受激拉曼散射。所产生的拉曼散射光具有很高的相干性，其强度也比自发拉曼散射光强得多。利用受激拉曼散射可获得多种新波长的相干辐射，并为深入研究强光与
光学遥感立体测绘技术综述及发展趋势
龙源期刊网 https://www.wendangku.net/doc/b316358615.html, 光学遥感立体测绘技术综述及发展趋势 作者：李洋 来源：《山东工业技术》2016年第01期 摘要：本文阐述了光学遥感立体测绘技术的概况，并对其未来发展的趋势展开了进一步 的探讨。 关键词：光学遥感；卫星测绘技术；发展趋势 DOI：10.16640/https://www.wendangku.net/doc/b316358615.html,ki.37-1222/t.2016.01.083 0 引言 测绘卫星就是具备立体测图能力的卫星，主要任务是通过立体观测得到地面目标的物理、几何属性。其中采用光学传感器的高分辨率测绘卫星应用最为广泛，文章就此对光学遥感立体测绘技术的概况和发展趋势加以分析。 1 光学遥感立体测绘技术综述 光学遥感立体测绘技术主要包括测绘相机与时间同步技术、卫星定轨定姿技术、影像压缩及质量评价技术、几何定标及立体测图技术。 1.1 测绘相机与时间同步技术 具有特定交会角的正视、前视和后视三台独立的CCD扫描相机的组合体就是三线阵测绘相机[1]。卫星在飞行中，任意推扫就会形成三个不同视角且相互重叠的图像。测绘相机的镜 头相质优异、内方位元素稳定才能使立体测图保持在较高的精度范围。 测绘卫星进行CCD线阵推扫摄影的时候，几毫秒的差异就可能会导致定位出现几米的误差，测绘影像的定位精度大大降低。所以，测绘卫星应该增加具有高效载荷时间、高精度的系统，保证卫星在CCD推扫摄影上保持时间的一致，以达到测绘任务的有关要求。 1.2 卫星定轨定姿技术 为了保证卫星轨道的测量精度和姿态的确定精度，借助航天遥感影像精确定位地面目标的时候，通常需要地面控制点的辅助。如果在部分地区工作人员无法设立控制点，无控制点摄影测量的作用就凸显出来。三线阵测绘卫星需要在无控制点摄影测量时满足三个条件，进而才能完成立体测图以及定位目标任务。首先，借助设备定位测量卫星轨道，并提供三个外方位位置元素；其次，借助三线阵相机推扫摄影地面空间，构成三幅重叠的航带图像；最后，测量卫星
新型粉末材料的非线性光学特性研究(一)
新型粉末材料的非线性光学特性研究(一) 摘要：多年来人们对粉末物质的非线性光学性质的研究非常重视，出现过很多种处理方法。介绍了非常简便易行的处理方法，并用这种方法检测了新合成的插层高岭土材料的非线性光学性质初步研究结果，测量了它的光强角分布情况，观察到在其反射角和透射角附近光强都有一个峰值，但在小角度入射的情况下反射散射的峰值不会与法向的强度值偏离很大，透射散射的强度会随入射角度的减小而增强。 关键词：粉末样品;插层复合物;非线性光学材料;相位匹配 1引言 随着科学的迅速发展，新材料不断出现，人们对材料的非线性光学性质很关注。测量物质的非线性光学性质的方法很多，如：场诱导二次谐波(EFISHG)、溶剂变色法、电晕极化法(基于电光系数测量和二次谐波的测量)和Kurtz粉末法，前两种方法用于溶液的测量,能获得有机分子的一阶超极化率(以测定极化聚合物薄膜的二阶非线性系数,从而推算出掺杂或功能化极化聚合物薄膜中生色团分子的β值)。上述三种方法均可获得分子的β值，而Kurtz粉末法测量的是粉末产生的二次谐波(SHG)信号，尽管不及上述方法精确，但直接反映出了NLO微晶的光学性质，既可半定量评价其非线性光学性质，又可指导NLO晶体生长。本实验自己设计了一套处理粉末样品而不同于Kurtz粉末法的实验方法，研究了插层高岭土材料粉末的NLO性质。 2样品的制备 纯高岭土在出现层状结构001面的特征衍射峰值，根据Bragg方程可计算出高岭土片层间距为0.715nm。通过向高岭土的层间填加有机化合物我们制备成了两种插层高岭土，一种是高岭土/对硝基苯胺（PNA/Kao）插层复合物，这是将纯对硝基苯胺（PNA）通过一定的手段插入到高岭土的层内得到的；另一种是高岭土/苯甲酰胺（BZ/Kao）插层复合物，它是将纯苯 甲酰胺（BZ）渗入到高岭土的层内得到的。 这两种插层复合物均为粉末状，为便于实验中的夹固我们将这些粉末晶粒用KBr黏结制成薄片状。同时，我们还将纯KBr、纯对硝基苯胺（PNA）、纯苯甲酰胺（BZ）和纯高岭土用相同的方法制成片状，以便区分插层复合物本身的性质和参加制备样品的各成分的性质，排除干扰现象，从而获得插层复合物本身的一些特有的光学性质，为分析复合物的结构或各成分含量等提供依据。 3实验装置 实验装置如图1所示，当入射光以一定的角度入射时，在反射与透射反射与透射方向都将有信号，图1为透射式探测，倍增管与入射光在样品的两侧，若要检测反射的信号，倍增管（PMT）与入射光在样品的同一侧，我们测量了两种探测方式的散射光强角分布。采用148型激光功率计算，在入射角固定的情况下，测量了在不同散射角处不同材料对应的散射光功率。 图1 我们采用波长632.8nm的He-Ne激光器作为激发源，对于非相位匹配材料，样品对632.8nm 的散射的角分布与1064nm的散射角分布以及532nm的散射角分布相同，所以固定He-Ne 激光对样品的入射方向，用激光功率计来探测不同方向上的散射光可以得到不同入射角对应的散射光强角分布。 4光强角分布图 图2纯粉末状PNA/Kao的散射光强角分布 图3黏结的PNA/Kao不同入射角对应的光强角分布 图4不同入射角时纯粉末PNA/Kao的散射光强角分布 图5黏结的PNA/Kao对不同入射角的散射光强角分布 通过上面的操作我们得到了用KBr黏结的高岭土/对硝基苯胺（PNA/Kao）插层复合物的光强
光学三维测量技术综述精选文档
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光学三维测量技术综述 1．引言 客观景物三维信息的获取是计算机辅助设计、三维重建以及三维成像技术中的基础环节，被测物体的三维信息的快速、准确的获得在虚拟现实、逆向工 程、生物与医学工程等领域有着广泛的应用[1]。 三维测量方法总的包括两大类，接触式以及非接触式。如图所示。 图三维测量方法分类 接触式的三维测量方法到目前为止已经发展了很长一段时间，这方面的技术理论已经非常完善和成熟，所以，在实际的测量中会有比较高的准确性。但 是尽管如此，依然会有一些缺点[2]： (1) 在测量过程中，接触式测量必须要接触被测物体，这就很容易造成被测物体表面的划伤。 (2) 接触式测量设备在经过长时间的使用之后，测量头有时会出现形变现象，这无疑会对整个测量结果造成影响。 (3) 接触式测量要依靠测量头遍历被测物体上所有的点，可见，其测量效率还是相当低的。 接触式三维测量技术发展已久，应用最广泛的莫过于三坐标测量机。该方法基于精密机械，并结合了当前一些比较先进技术，如光学、计算机等。并且该方法现在已经得到了广泛的应用，特别是在一些复杂物体的轮廓、尺寸等信息的精确测量上。在测量过程中，三坐标测量机的测量头在世界坐标系的三个坐标轴上都可以移动，而且测量头可以到达被测物体上的任意一个位置上，只要测量头能到达该位置，测量机就可以得到该位置的坐标，而且可以达到微米级的测量精度。但由于三坐标机测量系统成本较高，加之上述的一些缺点，广泛应用还不太现实。
非接触式三维测量技术一般通过利用磁学、光学、声学等学科中的物理量测量物体表面点坐标位置。核磁共振法、工业计算机断层扫描法、超声波数字化法等非光学的非接触式三维测量方法也都可以测量物体的内部及外部结构的表面信息，且不需要破坏被测物体，但是这种测量方法的精度不高。而光学三维轮廓测量由于其非接触性、高精度与高分辨率,在CAD /CAE、反求工程、在线检测与质量保证、多媒体技术、医疗诊断、机器视觉等领域得到日益广泛的 应用,被公认是最有前途的三维轮廓测量方法[3]。由于光不能深入物体内部，所 以光学三维测量只能测量物体表面轮廓，因此，本文中所言光学三维测量即指光学三维轮廓测量，此后不再单独解释。 光学三维测量技术总体而言可以分为主动式光学三维测量和被动式光学三维测量，根据具体的原理又可以分为双目立体视觉测量法、离焦测量法、飞行时间法、激光三角法、莫尔轮廓术和结构光编码法等。下面就刚刚提到的几种光学三维测量技术的原理进行逐一讲解。 2.测量原理 被动式光学三维测量 双目立体视觉测量法 双目成像采用视觉原理来获得同一场景的2幅不同图像。通过对物体上同一点在2幅图像上的2个像点的匹配和检测,可以得到该点的坐标信息。测量原理如图所示。设摄像机基线长为B,视差定义为D= P1- P2,其中P1、P2为空间点W(X,Y,Z)在2像面上的投影点,则由几何关系可得Z=Bf/ D。计算出物点的深度坐标后,其它2个坐标可以通过简单的几何透视关系得出。双目视觉成像原理简单,但由于需要在两幅图像中寻找对定点的匹配,实际计算过程较为复杂。 图双目立体视觉法三维测量原理图
科普文：线性光学、非线性光学
科普文：线性光学、非线性光学 现代光学的一个分支，研究介质在强相干光作用下产生的非线性现象及其应用。激光问世之前，基本上是研究弱光束在介质中的传播，确定介质光学性质的折射率或极化率是与光强无关的常量，介质的极化强度与光波的电场强度成正比，光波叠加时遵守线性叠加原理（见光的独立传播原理）。在上述条件下研究光学问题称为线性光学。对很强的激光，例如当光波的电场强度可与原子内部的库仑场相比拟时，光与介质的相互作用将产生非线性效应，反映介质性质的物理量（如极化强度等）不仅与场强E的一次方有关，而且还决定于E的更高幂次项，从而导致线性光学中不明显的许多新现象。介质极化率P与场强的关系可写成 P＝α1E＋α2E2＋α3E3＋… 非线性效应是E项及更高幂次项起作用的结果。 发展简史非线性光学的早期工作可以追溯到1906年泡克耳斯效应的发现和1929年克尔效应的发现。但是非线性光学发展成为今天这样一门重要学科，应该说是从激光出现后才开始的。激光的出现为人们提供了强度高和相干性好的光束。而这样的光束正是发现各种非线性光学效应所必需的(一般来说，功率密度要大于10～10W/cm,但对不同介质和不同效应有着巨大差异)。自从1961年P.A.弗兰肯等人首次发现光学二次谐波以来，非线性光学的发展大致经历了三个不同的时期。第一个时期是1961～1965年。这个时期的特点是新的非线性光学效应大量而迅速地出现。诸如光学谐波、光学和频与差频、光学参量放大与振荡、多光子吸收、光束自聚焦以及受激光散射等等都是这个时期发现的。第二个时期是1965～1969年。这个时期一方面还在继续发现一些新的非线性光学效应，例如非线性光谱方面的效应、各种瞬态相干效应、光致击穿等等；另一方面则主要致力于对已发现的效应进行更深入的了解，以及发展各种非线性光学器件。第三个时期是70年代至今。这个时期是非线性光学日趋成熟的时期。其特点是：由以固体非线性效应为主的研究扩展到包括气体、原子蒸气、液体、固体以至液晶的非线性效应的研究；由二阶非线性效应为主的研究发展到三阶、五阶以至更高阶效应的研究；由一般非线性效应发展到共振非线性效应的研究；就时间范畴而言，则由纳秒进入皮秒领域。这些特点都是和激光调谐技术以及超短脉冲激光技术的发展密切相关的。 常见非线性光学现象有：①光学整流。E2项的存在将引起介质的恒定极化项，产生恒定的极化电荷和相应的电势差，电势差与光强成正比而与频率无关，类似于交流电经整流管整流后得到直流电压。②产生高次谐波。弱光进入介质后频率保持不变。强光进入介质后，由于介质的非线性效应，除原来的频率ω外，还将出现2ω、3ω、……等的高次谐波。1961年美国的P.A.弗兰肯和他的同事们首次在实验上观察到二次谐波。他们把红宝石激光器发出的3千瓦红色（6943埃）激光脉冲聚焦到石英晶片上，观察到了波长为3471.5埃的紫外二次谐波。若把一块铌酸钡钠晶体放在1瓦、1.06微米波长的激光器腔内，可得到连续的1瓦二次谐波激光，波长为5323埃。非线性介质的这种倍频效应在激光技术中有重要应用。③光学混频。当两束频率为ω1和ω2（ω1＞ω2）的激光同时射入介质时，如果只考虑极化强度P的二次项，将产生频率为ω1＋ω2的和频项和频率为ω1－ω2的差频项。利用光学混频效应可制作光学参量振荡器，这是一种可在很宽范围内调谐的类似激光器的光源，可发射从红外到紫外的相干辐射。④受激拉曼散射。普通光源产生的拉曼散射是自发拉曼散射，散
光学检测的综述
光学检测的综述 摘要 随着科学技术和工业的发展，测量检测技术在自动化生产、质量控制、机器人视觉、反求工程、CAD/CAM以及生物医学工程等方面的应用日益重要。传统的接触式测量技术存在测量力、测量时间长、需进行测头半径的补偿、不能测量弹性或脆性材料等局限性，因而不能满足现代工业发展的需要。 近年来由于光学非接触式测量技术克服了上述缺陷，其非接触、高效率、高准确度和易于实现自动化的特点，成为近年来测量技术研究的热点。本文介绍了多种基于各种测量原理的光学检测方法。 关键词:光学检测；三维测量; 数字相移; 1.光电检测技术 光电检测技术以激光、红外、光纤等现代光电器件为基础，通过对载有被检测物体信号的光辐射（发射、反射、衍射、折射、透射等）进行检测，即通过光电检测器件接收光辐射并转换为电信号。由输入电路、放大滤波等检测电路提取有用的信息，再经过A/D变换接口输入微型计算机运算、处理，最后显示或打印输出所需检测物体的几何量或物理量[1]。如图1所示光电检测系统的组成。 图1 光电检测系统 光电检测技术的特点： –高精度：从地球到月球激光测距的精度达到1米。 –高速度：光速是最快的。 –远距离、大量程：遥控、遥测和遥感。 –非接触式检测：不改变被测物体性质的条件下进行测量。 –寿命长：光电检测中通常无机械运动部分，故测量装置寿命长。 –数字化和智能化：强的信息处理、运算和控制能力。
光电检测的方法： 直接作用法 差动测量法 补偿测量法 脉冲测量法 光电检测系统 ◆主动系统/被动系统(按信息光源分) –主动系统 通过信息调制光源,或者光源发射的光受被测物体调制。如图2所示 图2 主动系统的组成框图 –被动系统 光信号来自被测物体的自发辐射。如图3所示 图3 被动系统的组成框图 ◆红外系统/可见光系统(按光源波长分)[2]
二维非线性光学材料
二维非线性光学材料 项目简介 光学信息处理是解决当前大数据处理系统在带宽、能耗、速度等瓶颈问题上的主要技术手段。纳米尺度非线性光学材料是全光集成系统中高性能单元器件（光开关、光调制器、探测器等）的核心。具有优异非线性光学特性，特别是非线性吸收和折射率的二维纳米半导体材料在物性、集成度、兼容性上独具优势，是构筑未来高性能全光信息系统的关键之一。 作为国际上最早开展二维材料非线性光学工作的研究者之一，在中组部、国家基金委、中科院、上海市科委等项目的资助下，我们团队在国际上率先揭示了石墨烯、过渡金属硫化物和黑磷等重要二维材料的超快非线性光学特性，验证了高性能二维半导体在强激光防护光限幅器和超短脉冲激光锁模器上的重要应用，取得如下主要成果： 成果一：二维半导体非线性光学效应及物理 在国际上首先揭示了过渡金属硫化物、石墨烯、黑磷等重要二维半导体的非线性光学特性；证实了钼硫族二维材料的宽带非线性吸收和折射率，以及禁带调控色散效应；实现了二维半导体的非线性特性调控工程；从单层MoS2中观测到暗态激子共振巨双光子吸收效应；观测到二维半导体中的自相位调制效应、非线性折射率色散、二维材料光学特征矩阵、光致透明效应、快/慢饱和吸收效应、全光开关调控和光限幅特性、双光子吸收饱和效应等；这些原创成果为理解二维半导体非线性光学物理机理，开发高性能非线性光学器件及全光计算等集成系统应用奠定了良好的实验和理论基础。 成果二：二维半导体非线性光学材料及应用 基于石墨烯、MoS2及其改性衍生材料等优异的非线性特性，实现了超短激光脉冲锁模器和强激光防护光限幅器等重要应用；合成出酞菁修饰的石墨烯宽带强激光防护光限幅材料；合成出MoS2、MoSe2、WS2、WSe2等过渡金属硫化物宽波段强激光防护光限幅材料；在批量制备大尺寸、高性能二维半导体非线性光学材料和二维半导体强激光防护光限幅复合材料等方面进行了大量原创性基础研究工作。特别是以非线性激光防护物理研究，结合高性能激光防护材料研制为基础，正在为中电53所、中航工业613所等单位的激光应用系统研制强激光防护装置，用于对某型号机载光电系统和激光雷达探测器进行防护，在宽波段、多时间尺度上对抗外部强激光的干扰和致盲，具有防护阈值低、消光比高、稳定性强等特点。该装置可以填补某型机载光电系统无激光防护装置的空白，可以对多种型号的激光雷达进行有效的激光损伤防护，具有很好的市场价值，如无人驾驶汽车激光雷达防护等。 2011-2016年期间，我们团队在ACS Nano、Laser & Photonics Reviews、Nanoscale、Carbon、Photonics Research、Optics Letters、Progress in Materials Science等国际SCI期刊发表二维材料非线性光学论文27篇，他引1269次。其中8篇代表性论文被他引988次，平均每篇被他人引用123次，最高单篇他引426次。主要完成人中1人入选国家青年拔尖人才和基金委优秀青年科学基金、2人入选中科院“百人计划”、3人入选上海市优秀学术带头人。
光学三维测量技术综述
光学三维测量技术综述 1．引言 客观景物三维信息的获取是计算机辅助设计、三维重建以及三维成像技术中的基础环节，被测物体的三维信息的快速、准确的获得在虚拟现实、逆向工程、 生物与医学工程等领域有着广泛的应用[1]。 三维测量方法总的包括两大类，接触式以及非接触式。如图 1.1 所示。 图1.1 三维测量方法分类 接触式的三维测量方法到目前为止已经发展了很长一段时间，这方面的技术理论已经非常完善和成熟，所以，在实际的测量中会有比较高的准确性。但是尽 管如此，依然会有一些缺点[2]： (1) 在测量过程中，接触式测量必须要接触被测物体，这就很容易造成被测物体表面的划伤。 (2) 接触式测量设备在经过长时间的使用之后，测量头有时会出现形变现象，这无疑会对整个测量结果造成影响。 (3) 接触式测量要依靠测量头遍历被测物体上所有的点，可见，其测量效率还是相当低的。 接触式三维测量技术发展已久，应用最广泛的莫过于三坐标测量机。该方法基于精密机械，并结合了当前一些比较先进技术，如光学、计算机等。并且该方法现在已经得到了广泛的应用，特别是在一些复杂物体的轮廓、尺寸等信息的精确测量上。在测量过程中，三坐标测量机的测量头在世界坐标系的三个坐标轴上都可以移动，而且测量头可以到达被测物体上的任意一个位置上，只要测量头能到达该位置，测量机就可以得到该位置的坐标，而且可以达到微米级的测量精度。但由于三坐标机测量系统成本较高，加之上述的一些缺点，广泛应用还不太现实。 非接触式三维测量技术一般通过利用磁学、光学、声学等学科中的物理量测量物体表面点坐标位置。核磁共振法、工业计算机断层扫描法、超声波数字化法
黑磷等二维材料的非线性光学特性研究
黑磷等二维材料的非线性光学特性研究 非线性光学是光子学的研究基础,广泛用于光信息技术、激光技术、材料分析和纳米光子技术中。非线性光学效应是非线性光学研究的热点。寻找具有大的非线性极化率、高损伤阈值和合适的响应时间的非线性光学材料一直是研究人员追寻的目标。二维纳米材料具有优异的非线性光学效应,广泛用于激光器、光调制器和光开光等光电器件中,引起了科研人员的广泛关注。 石墨烯是最早发现的二维材料,具有工作带宽宽、非线性折射率大和响应时间快等优点,在激光器领域的应用已经逐渐成熟。但是,石墨烯材料本身是零带隙的电子结构,特别是损伤阈值低、调制深度可调范围小和存在热效应等缺点限制了其在高能量激光器中的应用。因此,科研人员进一步寻找具有宽波段饱和吸收特性、超快响应时间、低损耗阈值、大调制深度、高损伤阈值和低成本等优点的二维材料。除了石墨烯外,拓扑绝缘体、过渡金属硫化物和黑磷等二维材料相继被制备出来。 这些二维材料具有不同的能带结构,展现了不同的物理、化学和电学等性质。本文针对拓扑绝缘体和黑磷等二维材料的制备和非线性光学特性进行了系统的研究,取得了以下成果:（1）采用自下而上的实验方法制备拓扑绝缘体:硒化铋,得到了尺寸均一的双层硒化铋纳米片,厚度为3-7 nm。实验结果表明,这种方法制备过程简单,重复率高,并且能控制硒化铋的尺寸。这种制备超薄均匀的硒化铋纳米片的方法为其他二维材料的制备提供了新的思路,将有可能被推广到其他二维层状材料制备中。 此外,采用飞秒Z扫描技术,在800 nm波段,实验测得硒化铋在800nm和1565 nm波段具有良好的饱和吸收特性。在800 nm,通过拟合得到硒化铋纳米片的饱和光强为32 GWcm-2,调制深度为88%。在1565 nm,拟合得到的硒化铋纳米片的饱和光强为3.7 MWcm-2,调制深度为36%。把双层硒化铋纳米片作为可饱和吸收体用于被动锁模激光器中,能产生中心波长为1571 nm,脉宽为579 fs,重复频率为12.54 MHz的锁模脉冲。 （2）系统研究了尺寸对黑磷材料的非线性光学性质的影响。用液相剥离法结合分段离心技术制备三种不同尺寸的黑磷纳米片。通过透射电子显微镜、原子力显微镜、拉曼仪器以及粒度分析仪等仪器表征这三种黑磷纳米片的形态差异。
非线性光学原理及应用
《非线性光学原理及应用》课程教学大纲 课程代码：090642004 课程英文名称：Nonlinear Optics Principle and Application 课程总学时：32 讲课：32 实验：0 上机：0 适用专业：光学类各专业 大纲编写（修订）时间：2017.10 一、大纲使用说明 （一）课程的地位及教学目标 本课程是光信息科学与工程专业的一门选修专业课，通过本课程的学习，可以使学生掌握非线性光学的基本概念、基本理论和非线性光学效应以及这些效应产生的原因和过程规律，掌握光学测试技术的相关原理和方法，培养学生解决实际问题的能力。 通过本课程的学习，学生将达到以下要求： 1．掌握和理解非线性光学的基本概念和基本理论。 2．掌握和了解非线性光学效应以及这些效应产生的原因和过程规律。 3．了解非线性光学效应的应用。 4．具有抽象思维能力、逻辑推理能力、空间想象能力和自学能力。 5．有综合运用所学知识分析和解决问题的能力 （二）知识、能力及技能方面的基本要求 1.基本知识：掌握非线性光学效应的一般知识，非线性光学效应产生的条件、物理机制等。 2.基本理论和方法：掌握和理解非线性光学的基本概念和基本理论。掌握和了解非线性光学效应以及这些效应产生的原因和过程规律。了解非线性光学效应的应用。。 3.基本技能:掌握产生和控制非线性光学效应的技能；具有抽象思维能力、逻辑推理能力、空间想象能力和自学能力；有综合运用所学知识分析和解决问题的能力等。 （三）实施说明 1．教学方法：：课堂讲授中要重点对基本概念、基本方法和解题思路的讲解；采用启发式教学，培养学生思考问题、分析问题和解决问题的能力；引导和鼓励学生通过实践和自学获取知识，培养学生的自学能力；增加讨论课，调动学生学习的主观能动性；注意培养学生提高理解物理概念、物理机制的能力。讲课要联系实际并注重培养学生的创新能力。 2．教学手段：本课程属于技术基础课，在教学中采用电子教案、CAI课件及多媒体教学系统等先进教学手段，以确保在有限的学时内，全面、高质量地完成课程教学任务。 （四）对先修课的要求 本课程的教学必须在完成先修课程之后进行。本课程主要的先修课程《物理光学》。 （五）对习题课、实践环节的要求 各章内容学习结束后，根据教材内容选择习题，布置习题作业，根据习题的完成质量，随堂讲解各章重点习题，期末总复习全面讲解。 （六）课程考核方式 1．考核方式：考查 2．考核目标：考核学生对非线性光学的物理概念、基本理论的掌握和理解。 3．成绩构成：本课程的总成绩主要由两部分组成：平时成绩（包括作业情况、出勤情况等）占20%，期末考试成绩占80%。 （七）参考书目
光学增亮棱镜膜技术综述
应用于背光模块改善整个背光系统发光效率的增亮膜主要有四种类型：一般棱镜片，多功能棱镜片，微透镜膜片与反射型偏光增亮膜，每种光学膜也有着不同的市场特性。 一般棱镜片，棱镜片的主要功能为将灯源发出的光线予以导正以增加发光效率目前最主要的供货商为3M公司，其它供货商有Mitsubishi Rayon，LG电子，新和，大日本印刷，LGS,台湾嘉威,迎辉,友辉,Suntech，SKC Haas以及LG化学等。 多功能棱镜片多功能棱镜片是一种较高阶的产品，整合了棱镜片与扩散片的功能，较一般型棱镜片有更好的发光效率。主要的供货商有：新和、迎辉与LG电子。同时，韩国面板厂商较日本与台湾厂商更快地由一般型棱镜片转换为多功能棱镜片。 微透镜膜片微透镜膜片是将棱镜片与扩散片功能整合到一张膜里，有许多面板采用二张微透镜膜以取代一张棱镜片加二张上下扩的架构，目前主要应用的产品为32英寸、37英寸与40英寸液晶电视。面板主要的供货商为韩国公司如MNTech、SKC Haas、新和LG化学以及LG Micron。 反射型偏光增亮膜目前只有3M公司一家供货商。据实验结果显示它是目前所有种类光学膜中使发光效率提高的最好产品，发光效率能较其它产品高出至少30%，不过目前有些韩国厂商也开始推出类似功能的产品，如MNTech的NPRF,新和的CLC与Woongjin以及日本Zeonor的Zeno等。 LCD增亮膜及幅面薄膜传送工艺的研究] 我们简要介绍下背光模组的组成，背光模组由光源CLight Source)、导光板(Light Guide Plate ）、扩散膜(Diffuser)、增光片(BEF, Prism Sheet)、反射板(Reflector)等组成。冷阴极管的线型光源从侧面进入导光板，经导光板的散射转化为均匀分布的面光源，然后经过扩散片的再次均光作用射入棱镜片，由十棱镜片的集光作用，符合某种角度的光线被射出，即控制了光线的出射角度，又增加了光线的亮度。不符合角度的光线经棱镜片折射返回扩散片，再次被利用。 一般而言，市场的期待方向为不断应用在技术上的优势，推出整合型的光学
非线性光学
非线性光学论文 非线性光学综述： 现代光学的一个分支，研究介质在强相干光作用下产生的非线性现象及其应用。激光问世之前，基本上是研究弱光束在介质中的传播，确定介质光学性质的折射率或极化率是与光强无关的常量，介质的极化强度正比于光波的电场强度E，光波叠加时遵守线性叠加原理（见光的独立传播原理）。在上述条件下研究光学问题称为线性光学。对很强的激光，例如当光波的电场强度可与原子内部的库仑场相比拟时，光与介质的相互作用将产生非线性效应，反映介质性质的物理量（如极化强度等）不仅与场强E的一次方有关，而且还决定于E的更高幂次项，从而导致线性光学中不明显的许多新现象。 发展过程历史： 非线性光学的早期工作可以追溯到1906年泡克耳斯效应的发现和1929年克尔效应的现像。但是非线性光学发展成为今天这样一门重要学科，应该说是从激光出现后才开始的。激光的出现为人们提供了强度高和相干性好的光束。而这样的光束正是发现各种非线性光学效应所必需的(一般来说，功率密度要大于1010W/cm2（但对不同介质和不同效应有着巨大差异）。 1958年，Schawlow和Townes指出激光可以在红外和可见光频段实现在这篇文章发表之后，很多实验室立即开始竞争，去实现这一理想．1960年5月，Maiman首先发现了红宝石激光器激光的发明，引导出很多新的学科，对我们今天的科学技术以及日常生活都产生了重大影响．其中最重要的学科之一就是非线性光学，它对半个世纪以来科技的发展起了十分重要的作用．激光的光场或电场可以很强．早年，微波和射频方面的研究已经证明，当电场很大的时候，会产生非线性现象．这是因为电场与物质相互作用时，如果电场很小，表达式中的非线性项可以忽略，产生的偶极子实际上与电场成正比（即线性效应），而当电场很大时，非线性项不能再被忽略，因而可以产生二次倍频、混频等现象，这在微波和射频的实验中得到证实．我们可以预测，当光电场达到近１ｋＶ／ｃｍ时，在光波波段也会产生类似的非线性现象。 红宝石激光器出现后，人们立即想到非线性光学现象可能被观察到．1961年，Franken等用红宝石激光照射石英晶体，然后用棱镜光谱仪去分析透射的光．发现在光谱上除了基频信号外，还有一个很弱的二倍频的斑点，首次证实了二倍频的产生。 如果有了很强的光场，很容易看到非线性光学现象．在提高脉冲激光的峰值光场或强度方面，早年发展了一个所谓的调Ｑ激光技术其原理是，当激光被泵浦时，把激光的共振腔关掉 ，让泵浦源持续不断地把能量注入并存储在激光介质中，然后在短时间内把共振腔打开，使储存在介质里的能量转换成光能，出现在一个很短的激光脉冲里，这叫巨脉冲，也叫调Ｑ脉冲激光．巨脉冲的光场就非常强．因此，一些简单的非线性光学现象都很容易被看到，例如二次谐波、和频等．当频率为ω１，ω２的光同时进入一介质时，会在介质中产出（ω１＋ω２）频率的极化偶极矩，它的辐射就是和频的输出．如果要转换效率高，光的输入和输出一定要满足光的动量守恒，也就是我们说的相位匹配条件。 自从1961年，P.A.弗兰肯等人首次发现光学二次谐波以来，非线性光学的发展大致经历了三个不同的时期。第一个时期是1961～1965年。这个时期的特点是新的非线性光学效应大
非线性光学材料
非线性光学材料 摘要：非线性光学材料是一类在光电转换、光开关、光信息处理等领域具有广泛应用前景的光电功能材料。在目前信息技术高速发展的时代，光电子工业发展迅猛，对光电功能材料的需求也日趋增长。在光电子工业中如光开关、光通讯、光信息处理、光计算机、激光技术等都需要以非线性光学材料为基础材料，因此，近几十年来非线性光学材料引起了人们的广泛关注，对它的研究也以日新月异的速度发展着。 关键词：非线性光学材料；光电功能材料 1.简介 在目前信息技术高速发展的时代，光电子工业发展迅猛，对光电功能材料的需求也日趋增长。在光电子工业中如光开关、光通讯、光信息处理、光计算机、激光技术等都需要以非线性光学材料为基础材料，因此，近几十年来非线性光学材料引起了人们的广泛关注，对它的研究也以日新月异的速度发展着。非线性光学材料是指一类受外部光场、电场和应变场的作用，频率、相位、振幅等发生变化，从而引起折射率、光吸收、光散射等变化的材料。在用激光做光源时，激光与介质间相互作用产生的这种非线性光学现象，会导致光的倍频、合频、差频、参量振荡、参量放大，引起谐波。利用非线性光学材料的变频和光折变功能，尤其是倍频和三倍频能力，可将其广泛应用于有线电视和光纤通信用的信号转换器和光学开关、光调制器、倍频器、限幅器、放大器、整流透镜和换能器等领域。物质在电磁场的作用下，原子的正、负电荷中心会发生迁移，即发生极化，产生一诱导偶极矩p。在光强度不是很高时，分子的诱导偶极矩p线性正比于光的电场强度E。然而，当光强足够大如激光时，会产生非经典光学的频率、相位、偏振和其它传输性质变化的新电磁场。分子诱导偶极矩p 就变成电场强度E的非线性函数，如下表示:p=αE+βE2+γE3+……式中α为分子的微观线性极化率;β为一阶分子超极化率(二阶效应)，γ为二阶分子超极化率(三阶效应)。即基于电场强度E的n次幂所诱导的电极化效应就称之为n阶非线性光学效应。一种好的非线性光学材料应是易极化的、具有非对称的电荷分布的、具有大的π电子共轭体系的、非中心对称的分子构成的材料。另外，在工作波长可实现相位匹配，有较高的功率破环阈值，宽的透过能力，材料的光学完整性、均匀性、硬度及化学稳定性好，易于进行各种机械、光学加工也是必需的。易于生产、价格便宜等也是应当考虑的因素。目前研究较多的是二阶和三阶非线性光学效应。 2.非线性光学材料分类 自从20世纪60年代诞生起，非线性光学材料的研究取得了很大的进展，有很多已经进实用化阶段[1-3]。根据组成可将非线性光学材料大致分为无机非线性光学材料，有机非线性