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非线性光学效应的理论
非线性光学效应的理论
非线性光学材料的理论模型有：
非谐振子模型、
键参数模型、
双能级模型、
键电荷模型
电荷转移模型等。
阴离子基团理论、
双重基元结构模型、
二次极化率矢量模型
簇模型理论。
二阶非线性光学材料
具有较大微观倍频系数β的有机分子一般具有较大的π共轭体系，体系两端分别有推电子基团和拉电子基团( D-π- A型双受体结构)，形成分子内的电荷转移；晶体的宏观倍频系数χ(2) 是组成这一晶体的所有分子微观倍频系数的矢量和，因此，有些有机分子虽然β值很大，但在形成晶体时由于分子间偶极一偶极的静电作用形成了有中心对称的晶体空间群，分子在晶体中的排列使偶极相互抵消，所有分子的微观倍频系数矢量和趋于零，最后显示出的χ(2)为零。
因此，有机二阶非线性光学晶体应具备下述条件：
1)非中心对称的晶体结构：
2)为弥补有机晶体的转换效率不高的弱点，χ(2)达到10-8～10-9 esu始可考虑应用；
3)在所要求波长范围内吸收要小；
4)满足位相匹配条件：ω3n(ω3)=ω1n(ω1)+ω2n(ω2)；
5)足够大的晶体尺寸和优异的光学质量。
另外，将非线性光学材料做成器件，一般来说，它要经受250℃的短时高温和具有100％左右的承受加工和操作的长时间热稳定性 。
一般说来，二阶非线性光学材料的设计原则为：
1)设计和选择基态偶极矩小，激发态偶极矩大的分子，吸、供电基不要选择电负性相差悬殊的基团；
2)降低分子的中心对称性，引入手性原子；
3)分子内引入氢键的基团使分子在氢键的作用下定向、非中心对称排列；
4)分子成盐，盐中分子间库仑力的作用要大于偶极作用，阳离子分隔屏蔽了有极性的发色团之间的作用。成盐提高二阶非线性光学系数，尤其适用于极性大的分子；
5)形成包结络合物。
典型的二阶非线性光学生色团分子有
常用的电子给予体是：氨基、氧、硫。而常用的电子接受体是：硝基、腈基、羰基、砜、氨磺酰。在相同受、给体的情况下，受、给体强度顺序：
对于具有共轭结构的分子，给体--受体强度越大，越有利于体系形成电荷转移的共振态，扩大π电子的流动范围，使分子在外场中更易发生分子内电荷转移而有利于增强分子的微观倍频效应。
共轭长度，共轭骨架及其共面性等因素对分子的非线性极化率都有影响。
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。
非线性光学材料的实用化应具备以下几个条件；
①非线性极化率较大，转换率高；
②光损伤阈值高；
③光学透明而且均一的大尺寸晶体；
④在激光波段吸收较小，
⑤易产生位相匹配，
⑥化学及热稳定性较好，不易吸潮
⑦制备工艺简单，价格使宜。
高分子非线性光学材料的特点概括为以下几点：
①响应速度快，低于10-12秒
②非常大的非共振光学效应；
③低的直流介电常数，使器件要求小的驱动电压；
④吸收系数低，仅为无机晶体及化合物半导体的万分之一左右；
⑤优良的化学稳定性及结构稳定性，系统不需要环境保护及低温设备
⑥激光损伤阈值高；
⑦机械性能好且易于加工等等。

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