线性光学 非线性光学 光在介质中传播，通过干涉、衍射、折 一定频率的入射光，可以通过与介质的 射可以改变光的空间能量分布和传播方向， 相互作用而转换成其他频率的光（倍领等）， 但与介质不发生能量交换，不改变光的颜率 还可以产生一系列在光谱上周期分布的不同 光 频率和光强的光（受激拉曼散射等） 多束光在介质中交义传描，不发生能量 多束光在介质中交义传播，可能发生能 相互交换，不改变各白的频率 量相互转移，改变各自频率或产生新的烦率 (三波与四波混须) 光波 光与介质相互作用，不改变介质的物理 光与介质相互作川，介质的物理参量如 参量，这些物理参量只是光频的函数，与光 极化率、吸收系数、折射率等是光场强度的 虽之 场强度变化无关 函数（非线性吸收和色散、光克尔效应、自聚 焦) 光束通过光学系统，入射光强与透射光 光束通过光学系统，入射光强与透射光 浅性。 强之间一股成线性关系 强之间星非线性关系，从面实现光开关（光限 制、光学双稳、各种干涉仪开关) 应 多束光在介质中交义传描，各光束的相 光束之间可以相互传递相位信息，而且 位信息彼此不能相互传递 两束光的相位可以互相共轭（光学相位共轭） 玉用 11
纳米材料基础与应用 11 ✓ 光学线性非线性 • 光学线性效应是指介质在光波场(红外、可见、紫外以及X射线)作用下， 当光强较弱时，介质的电极化强度与光波电场的一次方成正比的现象。光 的反射、折射、双折射等都 属于线性光学范畴。 • 光学非线性效应则是在强光场的作用下介质的极化强度中出现与外加光波 电磁场的二次、三次以至高次方成比例的项，也就是说吸收系数和光强之 间出现了 非线性关系。 • 对于光学晶体来说，对称性的破坏、介电的各向异性都会引起光学非线性。 对于纳米 材料，小尺寸效应、宏观量子尺寸效应，量子限域和激子效应 是引起光学非线性的主要原 因
非线性光学的应用领域： 。利用非线性光学晶体的倍频、和频、差频、光参量放大和多光子吸收等 非线性过程可以得到频率与入射光频率不同的激光，从而达到光频率变 换的目的。 ·广泛应用于激光频率转换、四波混频、光束转向、图象放大、光信息处 理、光存储、光纤通讯、水下通讯、激光对抗及核聚变等研究领域 小应 12
纳米材料基础与应用 12 非线性光学的应用领域： ⚫ 利用非线性光学晶体的倍频、和频、差频、光参量放大和多光子吸收等 非线性过程可以得到频率与入射光频率不同的激光，从而达到光频率变 换的目的。 ⚫ 广泛应用于激光频率转换、四波混频、光束转向、图象放大、光信息处 理、光存储、光纤通讯、水下通讯、激光对抗及核聚变等研究领域
纳米薄膜的磁学性能 ●磁性材料的内能一般与其内部的磁化方向有关，这就是磁各向异性。造 成磁各向异性的原因是晶体结构的有序性或磁性体的形状效应。 ·由于磁性膜厚度很薄，其磁各项异性也与三维体材料有所不同。 ●在薄膜材料中存在单轴磁各向异性，即只有薄膜内的某个特定方向易于 磁化。由于薄膜的这一性质，已使它被成功地应用于磁记录介质。 小用 13
纳米材料基础与应用 13 纳米薄膜的磁学性能 ⚫ 磁性材料的内能一般与其内部的磁化方向有关，这就是磁各向异性。造 成磁各向异性的原因是晶体结构的有序性或磁性体的形状效应。 ⚫ 由于磁性膜厚度很薄，其磁各项异性也与三维体材料有所不同。 ⚫ 在薄膜材料中存在单轴磁各向异性，即只有薄膜内的某个特定方向易于 磁化。由于薄膜的这一性质，已使它被成功地应用于磁记录介质
● 传统的磁记录介质是平面磁化的。这种介质的信息存储密度受到其自退磁 效应的限制。具有垂直磁各向异性的记录介质，由于其自退磁效应的削弱 使信息存储密度大幅度提高。 当磁性膜的厚度减小到纳米量级时便会出现垂直磁各向异性，纳米级厚度 的磁性薄膜的易磁化方向是薄膜的法向，即纳米磁性薄膜具有垂直磁化的 特性。 ● 实际使用中，为了使这种薄膜有一定的厚度，一般采用多层膜结构。这种 磁性纳米薄膜每两层为一个周期，其中的一层为铁磁性材料，一层为非铁 磁性材料，国内外已使用多种材料制备了这种薄膜，如PdCo,AuCo, Co/Pt,Fe/Cu,Fe/Au等。 巨磁电阻效应 米小 14
纳米材料基础与应用 14 ⚫ 传统的磁记录介质是平面磁化的。这种介质的信息存储密度受到其自退磁 效应的限制。具有垂直磁各向异性的记录介质，由于其自退磁效应的削弱 使信息存储密度大幅度提高。 ⚫ 当磁性膜的厚度减小到纳米量级时便会出现垂直磁各向异性，纳米级厚度 的磁性薄膜的易磁化方向是薄膜的法向，即纳米磁性薄膜具有垂直磁化的 特性。 ⚫ 实际使用中，为了使这种薄膜有一定的厚度，一般采用多层膜结构。这种 磁性纳米薄膜每两层为一个周期，其中的一层为铁磁性材料，一层为非铁 磁性材料，国内外已使用多种材料制备了这种薄膜，如Pd/Co，Au/Co， Co/Pt，Fe/Cu，Fe/Au等。 巨磁电阻效应
纳米薄膜材料的制备 ·气相法 1.真空蒸发法（单源蒸发；分子束外延，多源共蒸发等） 2.真空溅射法（磁控溅射，直流磁控测射（单靶（反应）溅射；多靶反应共 溅射，射频磁控溅射) 3.化学气相沉积，金属有机物化学气相沉积(MOCVD),热解化学气相沉 积（热解CVD),离子体增强化学气相沉积(PECVD),激光诱导化学气相沉积 (LCVD),离子体化学气相沉积MWCVD) ●液相法 4.自组装法 5溶胶-凝胶(sol-gel法 6.电化学沉积法镀 7LB膜法 用 15
纳米材料基础与应用 15 纳米薄膜材料的制备 ⚫ 气相法 1. 真空蒸发法 (单源蒸发；分子束外延，多源共蒸发等) 2. 真空溅射法 （磁控溅射，直流磁控测射（单靶(反应)溅射；多靶反应共 溅射，射频磁控溅射） 3. 化学气相沉积， 金属有机物化学气相沉积(MOCVD) ,热解化学气相沉 积(热解CVD),离子体增强化学气相沉积(PECVD),激光诱导化学气相沉积 (LCVD),离子体化学气相沉积(MWCVD) ⚫ 液相法 4.自组装法 5 溶胶-凝胶(sol-gel法 6. 电化学沉积法镀 7 LB膜法