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玻璃态物质由于各向同性,结构上具有中心反演对称性,根据理论,这类介质通常情况下偶阶非线性电极化率为零,即宏观上不呈现二阶非线性光学效应。但人们发现用热电场极化等手段可以打破玻璃的这种中心对称性,使其具有宏观的二阶非线性光学效应。
对于玻璃材料而言,热电场极化方法已被证明是一种可重复产生二阶非线性效应,可靠性最高的极化方法,它能产生较高的二阶非线性系数和线性电光系数。多载流子模型被提出解释非线性耗尽层的形成过程,认为极化电场在引起玻璃材料内部碱金属离子的迁移后,同时在阳极表面存在离子交换,氢离子从阳极表面注入玻璃材料缓慢地向样品内部移动。载流子因外加电场的作用在玻璃中形成不均匀的分布,导致内建电场的产生,最终引起玻璃材料产生二阶非线性效应。本篇文章以极化玻璃内部载流子理论为基础做了以下几个方面的工作。
1.建立了热电场极化条件下块状玻璃材料中载流子的运动模型,针对不同的实验参数运用此模型进行了数值计算分析,得到极化玻璃材料中,由于多载流子运动形成的电荷不均匀分布。从而计算得到块状熔融石英和红外玻璃样品内部形成的耗尽层深度,并与文献报道的实验数据进行了对比。分析了玻璃材料的内部结构对极化效应的影响。
2.玻璃材料内部不均匀的电荷分布导致内建电场的产生。运用泊松方程计算了玻璃材料内部电场的大小分布,分析了不同的极化条件对所产生内建电场的影响。
3.计算了三层波导结构中载流子的迁移分布,认为由于波导材料存在多层界面,导致载流子在波导界面有一定的阻碍作用,或者界面势垒会对载流子起到一个阻碍电荷运动的作用,这些因素将在一定程度上减慢了载流子在波导内部的运动速率,造成载流子在波导界面上的累积。计算给出了一个定性的说明。