單晶硅非線性光學(xué)性質(zhì)的研究論文

2012 屆 本 科 畢 業(yè) 論 文題目：?jiǎn)尉Ч璺蔷€性光學(xué)性質(zhì)的研究單晶硅非線性光學(xué)性質(zhì)的研究摘要：文章采用 技術(shù)、單光束掃描法, 從非線性折射率、非線性吸收Z(yǔ)scan系數(shù)、非線性極化率等角度,對(duì)單晶硅以及多孔硅非線性光學(xué)性質(zhì)進(jìn)行深入的研究，以便為新材料的深入研究提供一些有價(jià)值的參考。其各章主要內(nèi)容如下：首先，介紹非線性光學(xué)現(xiàn)象、研究的目的和意義，以及半導(dǎo)體及其納米復(fù)合物的非線性光學(xué)效應(yīng)和研究進(jìn)展。其次，闡述單晶硅的特性、 技術(shù)，并就 技術(shù)的角度對(duì)單晶ZscanZscan硅非線性光學(xué)參數(shù)，即非線性折射率、非線性吸收系數(shù)、非線性極化率等進(jìn)行測(cè)量。最后，介紹多孔硅非線性光學(xué)，從實(shí)驗(yàn)的角度認(rèn)識(shí)多孔硅結(jié)構(gòu)與發(fā)光機(jī)理的非線性，應(yīng)用單光束掃描法對(duì)三階非線性光學(xué)性質(zhì)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分析。關(guān)鍵詞：?jiǎn)尉Ч?；非線性光學(xué)；多孔硅；Z-scan技術(shù)；單光束掃描法The study of nonlinear optical propertiesof Monocrystalline siliconABSTRACT：This paper adopts Z-scan technology, single beam scanning method, from the angle of nonlinear refractive index, nonlinear absorption coefficient, nonlinear polarizability,etc, further research have been studying for the nonlinear optical properties of Monocrystalline silicon and Porous silicon, so that it can provide some valuable reference for the further research of new materials. Its main content chapters are as follows:First of all, introduce the nonlinear optical phenomena, the purpose of the research and meaning, and, the nonlinear optical effect and research development of the semiconductor and its nano complex.Secondly, this paper expounds the characteristics of Monocrystalline silicon, Z-scan technology, and the measurement of the Nonlinear optical parameters of Monocrystalline silicon through the Z-scan technology, such as the measurement of nonlinear refractive index, nonlinear absorption coefficient, nonlinear polarizability, etc.Finally, this paper introduces the nonlinear optical of porous silicon, from the point of view of experiment know the porous silicon structure and the nonlinear of emitting mechanism, and the paper analysises the Three order nonlinear optical properties of Porous silicon through the experiment of Single beam scanning method.Key words: monocrystalline silicon；nonlinear optics；porous silicon；Z-scan technology；single beam scanning method目 錄第一章 非線性光學(xué) .1.1 非線性光學(xué)現(xiàn)象 .1.2 非線性光學(xué)性質(zhì)研究的目的和意義 .1.3 半導(dǎo)體及其納米復(fù)合物的光學(xué)非線性 .1.3.1 半導(dǎo)體材料的光學(xué)非線性 .1.3.2 半導(dǎo)體納米復(fù)合物的非線性光學(xué)效應(yīng) .第二章 單晶硅非線性光學(xué) .2.1 單晶硅的特性 .2.2 Z 掃描技術(shù)的原理 .2.3 Z 掃描技術(shù)的理論計(jì)算 .2.3.1 非線性折射率 .2.3.2 非線性吸收系數(shù) .2.3.3 三階非線性極化率 .2.4 測(cè)量單晶硅的非線性光學(xué)參數(shù) .2.4.1 高斯光束 掃描技術(shù)（典型透射 技術(shù)） .ZZscan2.4.2 雙色光 Z 掃描技術(shù) .Tsc2.4.3 雙光束時(shí)間分辨率 掃描技術(shù) .Rsc2.4.4 遮擋 .scanEs2.4.5 反射 .ZR第三章 多孔硅非線性光學(xué) .3.1 多孔硅 .3.2 多孔硅結(jié)構(gòu)與發(fā)光機(jī)理的非線性光學(xué)研究 .3.3 多孔硅 1064nm 波長(zhǎng)處三階非線性光學(xué)性質(zhì) .參考文獻(xiàn) .致 謝 .第一章 非線性光學(xué)1.1 非線性光學(xué)現(xiàn)象物質(zhì)在強(qiáng)光如激光束的照射下，其光學(xué)性質(zhì)發(fā)生了變化，而這種變化又反過(guò)來(lái)影響了光束的性質(zhì)，研究這種光與物質(zhì)的相互作用就是非線性光學(xué)的內(nèi)容。激光問(wèn)世之前，人們對(duì)光學(xué)的認(rèn)識(shí)主要限于線性光學(xué)，光束在傳播過(guò)程中頻率不會(huì)改變，介質(zhì)的主要光學(xué)參數(shù)，都與入射光的強(qiáng)度無(wú)關(guān)。激光問(wèn)世以后，在激光這一強(qiáng)光作用下，光學(xué)參數(shù)會(huì)發(fā)生變化，非線性光學(xué)效應(yīng)來(lái)源于分子與材料的非線性極化，這種在激光作用下發(fā)生的異于線性光學(xué)范疇的現(xiàn)象屬于非線性光學(xué)現(xiàn)象。非線性光學(xué)研究的內(nèi)容可概括為兩個(gè)方面：一方面是非線性光學(xué)現(xiàn)象與效應(yīng)的發(fā)現(xiàn)及它們產(chǎn)生的機(jī)理和規(guī)律性的研究、非線性光學(xué)新技術(shù)的發(fā)展和新材料的發(fā)現(xiàn)；另一方面是把非線性光學(xué)效應(yīng)和技術(shù)應(yīng)用到相關(guān)領(lǐng)域，如：倍頻技術(shù)在激光核聚變中的應(yīng)用，光學(xué)相位共軛技術(shù)在改善激光束質(zhì)量中的應(yīng)用，自適應(yīng)光學(xué)技術(shù)、集成光學(xué)、光學(xué)信息存儲(chǔ)與實(shí)現(xiàn)全息顯示技術(shù)等。我們知道當(dāng)較弱的光電場(chǎng)作用于介質(zhì)時(shí)，介質(zhì)的極化強(qiáng)度 P 與光電場(chǎng) E 成線性關(guān)系：0PE其中 為真空介電常數(shù) 為介質(zhì)的線性極化系數(shù)。 0在強(qiáng)光作用下，光電場(chǎng)所感應(yīng)的電極化強(qiáng)度與入射光電場(chǎng)強(qiáng)度的關(guān)系為：P( ,t)= E+ + + (11)0(1)0(2)0(3)E其中 為真空中的介電常數(shù)， 為介質(zhì)的線性極化率，通常情況下 為01 (1)復(fù)數(shù)張量。由張量定義可知，只有那些非中心對(duì)稱(chēng)的分子和晶體，才能顯示出二階非線性光學(xué)效應(yīng)，而中心對(duì)稱(chēng)的分子和晶體，則顯示出三階非線性光學(xué)效應(yīng)。在線性光學(xué)范疇內(nèi)，配合電磁波在介質(zhì)中的波動(dòng)方程，可以解釋為介質(zhì)中存在的吸收，折射和色散等效應(yīng)。相應(yīng)的與二階非線性極化張量 有關(guān)的效(2)應(yīng)為二階非線性效應(yīng)，與三階非線性極化張量 有關(guān)的效應(yīng)為三階非線性效(3)應(yīng)等等，還有更高階得非線性效應(yīng)，我們主要就三階非線性效應(yīng)進(jìn)行研究。總的三階電極化率可表示為：( )= (12)3)iPe0(3)123123,)()(ijklejkiE其中 為三個(gè)不同的入射光場(chǎng)，三階非線性123,ej iE光學(xué)特性涉及三束入射光場(chǎng)，可產(chǎn)生許多不同的三階非線性光學(xué)過(guò)程，其中包括三次諧波 ，Raman和Brillouin散射(3),),以及三波和四波混頻 過(guò)程。(3)121, (3),)非線性光學(xué)材料的應(yīng)用非常廣泛，如光開(kāi)關(guān)，光存儲(chǔ)，光通訊等，有望在光信息領(lǐng)域得到應(yīng)用的三階非線性光學(xué)材料必須具備下列性能：(1)具有較高的三階非線性極化率系數(shù) 。當(dāng)材料的三階非線性極化率系(3)數(shù) 達(dá)到并超過(guò) esu時(shí)，適用于光學(xué)信息的并行處理：但對(duì)于光學(xué)信息的(3)910串行處理，則需要材料具有更高的三階非線性極化率系數(shù) 。(3)(2)具有較快的時(shí)間響應(yīng)。當(dāng)材料的光學(xué)非線性響應(yīng)小于皮秒甚至達(dá)到飛秒量級(jí)時(shí)，才能充分體現(xiàn)全光信息處理高速度的優(yōu)良特點(diǎn)。(3)具有較好的物理、化學(xué)和光化學(xué)穩(wěn)定性，良好的物理機(jī)械性能，較高的光學(xué)損傷閾值，這是材料應(yīng)用的重要前提之一。(4)有較低的光學(xué)損耗。較低的光學(xué)損耗是光學(xué)器件得到應(yīng)用的重要要求。(5)成本低廉，加工性能優(yōu)良。光信息處理器件要求具有性能優(yōu)良且價(jià)格低廉的薄膜或線材，要求材料具有優(yōu)良的加工性能。1.2 非線性光學(xué)性質(zhì)研究的目的和意義具有快的非線性響應(yīng)、大的非線性光學(xué)系數(shù)、好的環(huán)境穩(wěn)定性、可加工性和高品質(zhì)的理化性能一直是非線性光學(xué)材料研究的重點(diǎn)，并在無(wú)機(jī)、有機(jī)等領(lǐng)域都取得了較大的進(jìn)展，研究、開(kāi)發(fā)出了許多具有代表性的非線性光學(xué)材料，人們對(duì)半導(dǎo)體納米材料的研究開(kāi)辟了人類(lèi)認(rèn)識(shí)世界的新層次，也開(kāi)辟了材料科學(xué)研究的新領(lǐng)域?？偟目磥?lái)，半導(dǎo)體納米材料的光學(xué)性能研究已經(jīng)取得了很大進(jìn)展，人們己建立起了半導(dǎo)體納米微粒中電子能態(tài)的理論模型，在材料的線性光學(xué)和非線性光學(xué)性能方面都開(kāi)展了大量的工作，獲得了很多有重要意義的成果。但是還有許多問(wèn)題需要進(jìn)一步深入研究。然而，由于半導(dǎo)體材料本身存在響應(yīng)速度慢，線性和非線性吸收產(chǎn)生的熱效應(yīng)影響性能，尤其是半導(dǎo)體納米顆粒的穩(wěn)定性等缺點(diǎn)，導(dǎo)致其在有些方面的應(yīng)用受到一定限制。而有機(jī)、無(wú)機(jī)復(fù)合材料則可以綜合兩者的優(yōu)點(diǎn)，成為目前非線性光學(xué)材料研制工作中勢(shì)在必行的趨勢(shì)，具有很廣闊的前景。作為這類(lèi)材料的代表，半導(dǎo)體納米復(fù)合材料最近引起了越來(lái)越多的人們的注意，但這類(lèi)新材料的研究時(shí)間還較短，還有許多問(wèn)題需要進(jìn)一步深入研究，如這類(lèi)新材料的制備技術(shù)不多，不夠完善，半導(dǎo)體納米顆粒和有機(jī)聚合物間的作用形式作用機(jī)理還要不斷完善，非線性光學(xué)的增強(qiáng)機(jī)制還需要進(jìn)一步的探討。本文試圖通過(guò)研究該種納米聚合物的線性和非線性，為完善該類(lèi)材料的非線性提供有價(jià)值的實(shí)驗(yàn)和理論上的參考，通過(guò)研究部分半導(dǎo)體納米復(fù)合物的非線性，為尋找大的非線性光學(xué)材料提供方向。本論文主要研究了不同半導(dǎo)體納米顆粒濃度，不同退火溫度，不同微結(jié)構(gòu)等對(duì)材料的線性和非線性光學(xué)性質(zhì)的影響，研究了量子尺寸效應(yīng)、表面效應(yīng)、不同實(shí)驗(yàn)條件等對(duì)材料的非線性光學(xué)性質(zhì)的影響，發(fā)現(xiàn)其非線性現(xiàn)象和規(guī)律，并探究其原理和機(jī)制，加速該類(lèi)材料的實(shí)用化進(jìn)程。1.3 半導(dǎo)體及其納米復(fù)合物的光學(xué)非線性1.3.1 半導(dǎo)體材料的光學(xué)非線性對(duì)于半導(dǎo)體激光器、發(fā)光二極管等半導(dǎo)體光子器件，人們要求它們要有很好的輸入輸出線性。但在一定的條件下，許多半導(dǎo)休材料卻表現(xiàn)出很強(qiáng)的非線性效應(yīng)。要想在半導(dǎo)體中得到非線性效應(yīng)，除了半導(dǎo)體材料本身應(yīng)具有較大的非線性極化率 外，還必須對(duì)其施以足夠的場(chǎng)強(qiáng)。實(shí)驗(yàn)表明，在有些23、半導(dǎo)體中，當(dāng)入射光子能量與半導(dǎo)體材料禁帶寬度相近 時(shí)，可以通hgE即過(guò)共振效應(yīng)在半導(dǎo)體中激發(fā)起很強(qiáng)的高階非線性效應(yīng)。在具有反演中心的對(duì)稱(chēng)晶體結(jié)構(gòu)中(例如具有金剛石結(jié)構(gòu)的 和 、具有GeSi巖鹽結(jié)構(gòu)的 等，它們都是中心對(duì)稱(chēng)的 )當(dāng)電場(chǎng) 的符號(hào)反向,要求極化強(qiáng)度PbTe的符號(hào)改變，只能是 因而不存在二階非線性。但是不論在中心對(duì)稱(chēng)還20是在非中心對(duì)稱(chēng)的半導(dǎo)體中，都存在三階非線性效應(yīng)。物質(zhì)的三階非線性效應(yīng)與其結(jié)構(gòu)對(duì)稱(chēng)性無(wú)關(guān)。也就是說(shuō)，按照品體的對(duì)稱(chēng)性質(zhì)，半導(dǎo)體材料都能表現(xiàn)出三階非線性光學(xué)效應(yīng)。與其它材料相比，半導(dǎo)體材料的非線性極化不僅與其晶格振動(dòng)有關(guān)，而且受到來(lái)自于非拋物線能帶結(jié)構(gòu)中(例如重?fù)诫s情況)自由電子和空穴的影響，以及載流子遭受散射的影響。一般來(lái)說(shuō)在半導(dǎo)體中可能產(chǎn)生非線性效應(yīng)的波長(zhǎng)范圍，在短波長(zhǎng)段是與半導(dǎo)體的帶隙相聯(lián)系的，而在長(zhǎng)波長(zhǎng)段則與品格振動(dòng)產(chǎn)生的光學(xué)聲子的強(qiáng)反射有關(guān)。半導(dǎo)體材料的三階光學(xué)非線性一般可分為以下四種主要類(lèi)型:1.本征非線性本征非線性是指完全由于光的吸收而引起材料的光學(xué)非線性，在半導(dǎo)體中當(dāng)吸收一個(gè)光子后，由價(jià)帶到導(dǎo)帶形成自由載流子或激子，其濃度的大小決定了半導(dǎo)體的光學(xué)性質(zhì)。2.光電混合非線性一般是指加電場(chǎng)后的非線性，涉及的機(jī)制和效應(yīng)主要有效應(yīng), 效應(yīng)及自電光效應(yīng)。FranzKeldyshStark3 熱致非線性指非線性光學(xué)元件的高閥值帶來(lái)的熱效應(yīng)使半導(dǎo)體升溫，禁帶寬變窄，吸收邊紅移，吸收系數(shù)的改變引起折射率的變化。4.摻半導(dǎo)體玻璃非線性是一種新的結(jié)構(gòu)，其非線性機(jī)制有許多地方與半導(dǎo)體材料相似，如自由載流子等離子體非線性、帶填充等。另外，按照入射光的波段，大多數(shù)的研究者都認(rèn)為半導(dǎo)體材料三階非線性可以分為共振非線性和非共振非線性。非共振非線性是指用低于材料的光吸收邊的光照射樣品后導(dǎo)致的非線性效應(yīng)。其非線性主要涉及局域場(chǎng)效應(yīng)和電子結(jié)構(gòu)的非諧性，電子結(jié)構(gòu)的非諧性來(lái)自電子云的扭曲，因而非線性效應(yīng)小，但這個(gè)過(guò)程相當(dāng)快。由此可見(jiàn)，非共振非線性的特點(diǎn)是非線性效應(yīng)小，光響應(yīng)時(shí)間快，光損失小，屬于一種被動(dòng)非線性過(guò)程。 等從局域場(chǎng)的角度出發(fā)認(rèn)為:半.YWang導(dǎo)休微晶通常分散在一個(gè)低折射率介質(zhì)中，因而當(dāng)光通過(guò)時(shí)，半導(dǎo)體微晶內(nèi)部的電場(chǎng)將被增強(qiáng)，從而導(dǎo)致非線性效應(yīng)的增強(qiáng)。323NFQ 1式中 二為局域場(chǎng)增強(qiáng)因子。NFQ共振非線性是指用高于吸收邊的光去照射樣品，當(dāng)入射光子弛豫到共振能級(jí)后，能量和兩個(gè)能級(jí)電子態(tài)能量差值相接近或重合時(shí)而導(dǎo)致的非線性響應(yīng)，由于共振加強(qiáng)，這將引起電子結(jié)構(gòu)較大的非諧性，該非諧性源于電子在不同能級(jí)的分布。共振非線性的特點(diǎn)是非線性效應(yīng)較大、響應(yīng)時(shí)間變慢、由光吸收造成了光損失。它屬于一種主動(dòng)非線性過(guò)程。對(duì)非線性光學(xué)的研究，其重點(diǎn)是利用共振增強(qiáng)來(lái)得到大的非線性效應(yīng)。我們?cè)诤竺娴膶?shí)驗(yàn)，都利用高于吸收邊的激光束來(lái)激發(fā)材料，從而通過(guò)共振增強(qiáng)來(lái)獲得高的三階非線性。對(duì)于共振非線性， 等主要從以下三個(gè)方面來(lái)考慮:.YWang(弱受限區(qū)域)，其中 為微粒半徑， 為體相半導(dǎo)體激子玻爾半1BRaRBa徑。在此區(qū)域的非線性類(lèi)似于體相半導(dǎo)體，其產(chǎn)生機(jī)制可能為帶填充模型。三階非線性極化率的大小由電子、空穴的有效質(zhì)量 和吸收系數(shù) 決定。利ehm、 a用泵浦探測(cè)技術(shù)，根據(jù)吸收光譜隨光子能量的變化關(guān).系，能夠得到 的值。(2) (中等受限區(qū)域)，在此區(qū)域，由于表血積與體積之比進(jìn)一步增大，BRa樣品在光照射卜產(chǎn)生的載流子幾在很短的時(shí)內(nèi) 受限于表面缺陷態(tài)，成為受ps陷載流子。這種受陷載流子（電子-空穴對(duì)）與激子相互抓作用，漂白了量子點(diǎn)中激子的吸收，導(dǎo)致激子振子強(qiáng)度的損失，從而導(dǎo)致材料非線性效應(yīng)的增強(qiáng)。(強(qiáng)受限區(qū)域)，在此區(qū)域，量子點(diǎn)的能級(jí)可以看一成一系列分立3BRa的能級(jí)，類(lèi)似于分子體系，因此其處理與分子體系類(lèi)似，非線性吸收行為可用二能級(jí)模型來(lái)描繪。材料非作線性的起因在于基態(tài)電子吸收的漂白。材料的非線性極化率 和材料的非線性折射率 以及吸收系數(shù) 是反映材2na料光學(xué)非線性的重要參數(shù)。非線性極化率是一個(gè)復(fù)數(shù)，它分為實(shí)部和虛部?jī)刹糠郑?其中實(shí)部和虛部分別與介質(zhì)的折射率和吸收系數(shù)有關(guān)，而這兩,個(gè)量是材料光學(xué)非線性的重要參數(shù)。從數(shù)學(xué)上看，兩個(gè)彼此有線性關(guān)系的物理最，且其比例系數(shù)為復(fù)數(shù) ，則其實(shí)部和虛部之間存在著0P,EJ如 等一定的聯(lián)系，這首先是由克喇末克朗尼克 推出的，故稱(chēng)Kramesronig為 關(guān)系，又稱(chēng)為色散關(guān)系 。對(duì)于半一導(dǎo)體的光學(xué)常數(shù)，其一般表達(dá)式K18為201rrPd 1.22rr .3其中 分別為復(fù)數(shù) 的實(shí)部和虛部， 為極化強(qiáng)度。在研究半導(dǎo),rr rP體的非線性時(shí)有兩個(gè)重要的內(nèi)容，一個(gè)是色散，即折射率的非線性，另一個(gè)是吸收的非線性。而介質(zhì)的折射率和吸收系數(shù)正好對(duì)應(yīng)于 的實(shí)部和虛部。因3此根據(jù) 關(guān)系，可以實(shí)現(xiàn)二者之間的相互推算，從而為研究半導(dǎo)體材料的K非線性提供了靈活多樣的途徑。1.3.2 半導(dǎo)體納米復(fù)合物的非線性光學(xué)效應(yīng)非線性光學(xué)材料的種類(lèi)很多，主要有無(wú)機(jī)晶體、有機(jī)化合物、非線性光學(xué)玻璃、金屬和半導(dǎo)體納米材料、有機(jī)無(wú)機(jī)非線性光學(xué)復(fù)合材料等，最初的非線性光學(xué)材料的探求工作是在無(wú)機(jī)晶體中進(jìn)行的，到目前為止，己找到許多無(wú)機(jī)非線性光學(xué)晶體，最常用于激光器二次諧波發(fā)生裝置的是磷酸二氫鉀 和KDP砷酸二氫銫 晶體。它們具有好的熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性，透明性較好，cDA但非線性光學(xué)系數(shù)較低，光損傷閾值較低，特別是在無(wú)機(jī)材料中再尋找能夠產(chǎn)生大的倍頻效應(yīng)的優(yōu)質(zhì)晶體已經(jīng)很有限。摻半導(dǎo)體微晶玻璃因具有高的非線性極化率及快速響應(yīng)速度和優(yōu)良的雙穩(wěn)態(tài)性能而受到人們的重視。但采用傳統(tǒng)的固相反應(yīng)法難以準(zhǔn)確控制玻璃組分和半導(dǎo)體微晶組分，材料的性能也有待提高，微觀機(jī)理方面也存在許多尚待解決的問(wèn)題。有機(jī)非線性晶體分子種類(lèi)繁多，分子特性強(qiáng)，聚合物高分子材料更具有優(yōu)良的力學(xué)性能和加工性能，可以進(jìn)行分子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，并且由于具有非線性系數(shù)大、超快響應(yīng)、光損傷閾值高、頻寬較寬、吸收少等特點(diǎn)而成為研究的熱門(mén)，但有機(jī)物也具有熔點(diǎn)低、機(jī)械性能和熱穩(wěn)定性以及抗潮解性能和透明性都比較差等缺陷。與有機(jī)材料相比，半導(dǎo)體納米材料具有性能穩(wěn)定、光損傷閾值高、受溫度影響較小等優(yōu)點(diǎn)并且在紅外及可見(jiàn)光波段有良好的透過(guò)性，也有些具有光限幅效應(yīng)。通常的半導(dǎo)體材料 很小，并沒(méi)有明顯的三階非線性效應(yīng)，而納米量(3)級(jí)的半導(dǎo)體材料的 很大，大量研究表明其工作機(jī)理主要是由于半導(dǎo)體納米()材料所具有的以下特性：量子尺寸效應(yīng)：半導(dǎo)體材料從體相逐漸減小到一定的臨界尺寸以后，其載流了(電子、空穴)的運(yùn)動(dòng)將受限，相應(yīng)的電子結(jié)構(gòu)從體相連續(xù)的能帶結(jié)構(gòu)變成準(zhǔn)分裂能級(jí)，并且由于動(dòng)能的增加使原來(lái)的能隙增大(即光吸收向短波方向移動(dòng))，粒徑越小，移動(dòng)越大，這就是在實(shí)驗(yàn)上觀察到的量子尺寸效應(yīng)。介電效應(yīng)：通常情況下納米材料是分散在一種介電常數(shù)較低的基質(zhì)中，因此在二者之間將產(chǎn)生介電效應(yīng)，使得粒子的載流子之間的電場(chǎng)部分穿過(guò)基質(zhì)，載流子之間的屏蔽效應(yīng)減弱，庫(kù)侖相互作用增強(qiáng)。理論認(rèn)為，在強(qiáng)受限條件下，對(duì) 大的情況 ( ，分別為納米微粒和基質(zhì)的介電常數(shù) )，將使電子、空21/21和穴庫(kù)侖作用增大，介電效應(yīng)將起很重要的作用。表面效應(yīng)：半導(dǎo)體納米粒子分散在介電基質(zhì)中，表面極化將導(dǎo)致電子一空穴對(duì)在粒子表面自陷。介質(zhì)對(duì)粒予的表面極化作用在界面形成一個(gè)勢(shì)阱，引起載流子在這個(gè)勢(shì)阱中受限，導(dǎo)致在禁帶中形成能級(jí)，從而引起吸收邊的紅移。目前，己有經(jīng)過(guò)表面修飾的半導(dǎo)體納米微粒由于強(qiáng)的表面極化作用導(dǎo)致材料吸收邊紅移的報(bào)道。介質(zhì)的表面極化作用也將對(duì)半導(dǎo)體的性質(zhì)產(chǎn)生重要的影響。除量子尺寸效應(yīng)、介電限域效應(yīng)和表面效應(yīng)這三個(gè)重要的因素外，還有其它一些因素，如粒子的形態(tài)、表面缺陷態(tài)等，影響到納米材料的電子結(jié)構(gòu)。由于其電子結(jié)構(gòu)的不同尋常，導(dǎo)致半導(dǎo)體納米材料具有體相半導(dǎo)體材料所不具備的線性和非線性光學(xué)性質(zhì)。其中一個(gè)突出的表現(xiàn)就是具有大的非線性折射率和快的光學(xué)響應(yīng)。雖然半導(dǎo)體納米材料在非線性光學(xué)方面有一些獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)，但在材料的制備應(yīng)用方面仍然存在著困難，如半導(dǎo)體納米顆粒容易聚合、實(shí)用化不高等。如果材料的開(kāi)發(fā)研究工作僅單方面局限于有機(jī)或無(wú)機(jī)材料，則難以克服其存在的缺點(diǎn)，因此，有機(jī)、無(wú)機(jī)復(fù)合必將成為非線性光學(xué)材料的新趨勢(shì)。有機(jī)、無(wú)機(jī)復(fù)合的思想是由 等于 年提出的，以后，.BLiner198和 又具體地提出了合成有機(jī)、無(wú)機(jī)復(fù)合材料的基本原則，.HSchmidt.Wblter而早在 年， 就已經(jīng)第一次用溶膠一凝膠方法 合成了應(yīng)1984schidsolge用于接觸式透鏡的光學(xué)有機(jī)、無(wú)機(jī)復(fù)合材料。 年， 提出將.DRuirch法應(yīng)用于非線性光學(xué)，這些工作帶動(dòng)了有機(jī)、無(wú)機(jī)復(fù)合非線性光學(xué)材sofgel料研究的發(fā)展。對(duì)有機(jī) 無(wú)機(jī)復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)已進(jìn)行了較多研究，歸納起來(lái)，有以下三種/結(jié)構(gòu)類(lèi)型：有機(jī)分子、低分子量的有機(jī)聚合物簡(jiǎn)單混入無(wú)機(jī)基質(zhì)中，有機(jī)、無(wú)機(jī)組1元通過(guò)范德華力和氫鍵等弱鍵連接。有機(jī)、無(wú)機(jī)兩組元通過(guò)強(qiáng)的共價(jià)鍵或離子一共價(jià)混合鍵連接，即有機(jī)組2元嫁接于無(wú)機(jī)網(wǎng)絡(luò)中。以上兩類(lèi)結(jié)構(gòu)組合而成的一類(lèi)復(fù)合結(jié)構(gòu)。有機(jī) 無(wú)機(jī)復(fù)合材料中的半導(dǎo)3 /體納米顆粒和有機(jī)聚合物的復(fù)合由于具有一系列