1、引言

目前光纤通讯网络信息运载能力的提高并非受造于传输介质的能力，而是受到用于信号切换和处置的电子装置速度的限度，尤其随着高品质、低损耗光纤资料钻研的突破，电子装置由于存在时钟偏移、严沉串话和高损耗的弊端而产生光纤通讯系统中的“信息瓶颈”景象。解决此瓶颈的关键是开发非线性超快光子学器件。由于玻璃拥有在大部门波段通明、较好的化学不变性和热不变性、较高的三阶非线性极化率、较快的光响应功夫、易于成纤成膜、易于机械光学加工蹬着点，而使其成为全光开关的最佳候选资料之一，受到钻研者的普遍关注。一场旨在以充斥朝气活力的高速光子取代现有信息转换媒体即电子的革命性过程已经起头。

全光开关的工作道理为介质在强光场作用下折射率和极化率的变动，起因于强光场诱导下萦绕原子核均匀地位电子轨路的非谐畸变(响应功夫约为10-15s)和介质中原子核的位移(响应功夫约为10-12s)。通常，质量较大的原子核位移对由光电场引起的非线性光学效应的贡献并不显著。

有很多技术可用来观测介质中的三阶非线性光学效应，这些技术蕴含：三次谐波产生、光学克尔快门、简并四波混频、Z扫描、Mach-Zehnder过问测定等。

2、三阶非线性光学玻璃资料

非线性光学玻璃由于与现有的光纤系统拥有相容性和较快的响应速度，因而引起人们的极大兴致。目前的钻研工作集中于各类分歧的玻璃系统，利用分歧的非线性机造来提高非线性机能。由于光频随资猜中电子的转移或跃迁会阐发出共振和非共振两种情况，故三阶非线性光学玻璃资料也可分为共振型和非共振型两类。

2.1　非共振型

固然均质玻璃的 值较低，但由于其拥有较幼的吸收系数和较短的响应功夫而使其品质因数较高而格表引人瞩目。其中为非线性折射率，为响应功夫或1皮秒(取其长者)，是线性吸收系数。

在所有均质玻璃中，都或多或少存在三阶非线性光学效应。通常拥有高密度﹑高线性折射率的玻璃拥有较高的非线性极化率。要获得高密度﹑高折射率玻璃的步骤是向玻璃中增长拥有高折射度的调整体或引入易极化的沉金属氧化物，如PbO﹑Bi2O3﹑Nb2O3﹑TeO2、R2O3(R=La, Pr, Nd, Sm)等，或引入沉金属卤化物，如KX(X=Cl, Br, I)、PbCl2等。硫系玻璃通常拥有相对较大的三阶非线性极化率，最大值As-S-Se为1.4×10-11esu,差不多是SiO2玻璃的500倍。

然而由于硫系玻璃的本征吸收最幼值位于4～6mm，在1.06mm波长测得的 有相当部门属于共振吸收分量，且通讯领域重要使用1.31和1.55mm两个窗口作为通讯通路，而使其全光开关利用受到限度。但最近钻研批注，沉金属卤化物的引入会使硫系玻璃透射区同时向长波和短波方向扩大，如GeS2-Ga2S3-KX(X=Cl, Br)系光透过领域在0.45～11.5mm之间，且透过率高达80%以上(4mm样品)，由于沉金属卤化物拥有大的极化率，硫系玻璃引入卤化物会增长玻璃结构的堆积密度，从而使玻璃拥有很好的三阶非线性光学机能，而使新型硫卤玻璃成为全光开关的最佳候选资料之一。另表在氧化物玻璃中，Bi2O3基玻璃和碲酸盐玻璃的三阶非线性极化率较高，由于其本征吸收最幼值靠近通讯信路波长，也被以为是全光开关的最佳候选资料之一。

为了在长的作用领域维持高功率密度，波导结构予以思考，光波导结构以低维状态(纤维或薄膜)出现，并使集成化而将成为全光开关、光放大器等光子器件的物质基础。据报路，日本科学家Asobe等人在1.5mm波利益已实现了100GHZ信号处置的响应功夫幼于5皮秒的As2S3单模光纤利用于光学克尔开关，光纤长度约1m。一个最常见的利用硫系玻璃光纤的光学转换开关长短线性光学迴路镜，它是利用扭转非线性光学折射率的道理来产生两个光波间的过问，能很好的减幼全光开关的转换功率。

为了更好的减幼开关功率损耗，利用啁啾光栅作为群速度色散赔偿技术一向是科学家们致力的方向。然而在未来光信号的高比特率处置﹑大规模光路的集成化等发展趋向上，光纤仍有诸多不及之处。很多科学家也在致力索求用半导体造成的以微幼集成电路块为基础的器件来取代非线性光学迴路镜中的长光纤部门，但其重要缺点是响应速度不是很快。

另表对一些低 值的玻璃，如氟化物玻璃，其在非线性利用方面(如激光玻璃)颇有吸引力。在高能激光系统中，强光束通过介质传布引起折射率变动，产生光束自聚焦(< 0)或自散焦(> 0)，在这种情况下要求介质拥有幼的值。

2.2共振型

在玻璃中掺入某些光电机能较佳的物质能显著提高非线性光学效应，这些掺杂体常用半导体微晶、金属颗粒及有机物等，而玻璃作为掺杂体的色散介质使用。

近年来，当半导体大批子阱和超晶格出现后，半导体及金属颗粒掺杂玻璃的钻研成为热点。这种玻璃也叫量子点玻璃，通常掺杂颗粒尺寸幼于10nm，阐发出共振加强的三阶非线性光学效应，响应功夫约为10-11s，同时由于它们与波导造备技术相容而被拉成光纤，因而受到器沉。其产朝气造可归由于纳米粒子的量子尺寸效应，即介质因光吸收产生电子-空穴，独立的或以激子的大局封关在颗粒的狭幼空间中，电子态出现量子化散布，从而引起颗粒周围场强的增长和非线性光学效应的提高。

1983年，Jain和Lind首先钻研了掺杂CdSxSe1-x半导体微晶玻璃的非线性光学机能，发现这类玻璃阐发出共振加强的三阶光学非线性，可通过调节S和Se的比例节造介质的禁带宽度，宽泛利用于截止滤光片中。除CdSxSe1-x表，含CdS、CdSe、CdTe、CuCl、CuBr、PbS等半导体及掺Au、Ag、Cu等金属颗粒的玻璃也阐发出量子尺寸效应。通？帕３叽缭接，非线性效应越大。若是要获得较幼的颗粒尺寸和较高的颗粒浓度，常选取溶胶-凝胶法造备。

对有机物掺杂玻璃的钻研也已成为热点，固然有机物自身也可阐发出很高的共振非线性机能和超快响应功夫，但其难以造成要求的状态，且存在不变性和沉复性差、工作温度低、寿命短等弊端，大大限度了使用领域。显然，其弊端可通过将有机物结合到拥有较强机械强度及较高化学不变性的无机资料(如玻璃)中加以克服，使有机活性组分的机能得到充分阐扬。其造备也可用sol-gel法，通常有两种步骤可将有机物掺入到玻璃中：(1)将有机物溶化到溶胶-凝胶溶液中，当凝胶形成时，有机分子被玻璃骨架捕获，从而获得最好的不变性;(2)将有机物分散到多孔凝胶中，经干燥和热处置获得有机-无机复合伙料。但其共同弊端是难以实现光均匀复合。为了造得光学机能均匀的复合伙料，钱国栋等人选取新型的原位合成化学复合法，实现了有机物和无机物的有效复合。另表，有机改性硅酸盐也可作为CdS微晶的框架，形成含微晶体、有机物及无机物的多组分复合非线性资料。

3、实现语

随着全光信息处置和光推算机钻研的发展，三阶非线性光学玻璃的钻研已成为近年来光电子技术领域中最引人瞩主张钻研课题之一。目前三阶非线性光学玻璃的钻研方向是追求非线性光学机能、响应功夫、化学不变性、热不变性、光学损耗、加工个性及资料成本等诸成分的最佳结合点。其中，新型硫卤玻璃、高折射率氧化物玻璃、各类共振型掺杂玻璃等均有但愿成为全光开关资料的最佳候选。笔者相信，非线性光学玻璃作为光信号处置用元件的产业化远景光明，这必要科学家们前仆后继的致力奋斗。