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本文主要研究了宏观非均匀颗粒复合介质中光学双稳的温度和界面效应。
1.研究了金属-电介质颗粒复合体线性和弱非线性的温度效应。考虑等离子频率、共振频率与温度关系,分析了其他物理量与温度有关的关系,并着重讨论了在不同入射频率时有效介电常数随温度变化的情况,进而以两模型为例分别研究了折射系数、消光系数等随温度的变化。结果表明温度增加时等离子共振频率发生红移,金属颗粒的介电常数实部和虚部数值分别减小和增加;复合体系的有效三阶非线性极化率随温度的增加而减小,当入射频率接近金属颗粒的表面等离子频率时温度效应较为明显;不同的微结构模型预测的消光系数和折射系数随温度的变化不同。
2.在谱表示和自洽平均场近似基础上,用Maxwell-Garnett模型研究了在稀释极限下的金属-电介质颗粒复合体在强场作用下的双稳结构的温度效应。
3.采用了Bruggeman模型研究了二组分无规分布颗粒复合体双稳的温度效应。结果表明,颗粒复合体的双稳不仅与入射频率有关,还与金属颗粒的浓度有关,提高颗粒浓度,可以降低出现双稳所需的外场强度;但由于颗粒间的耦合作用,存在临界的体积分数,该值与入射频率有关,频率越大,临界值越小。
4.考虑到弥散颗粒与基质间存在着界面层,研究了二维三组分非线性复合体系的有效非线性响应和光学双稳现象。通过Laplace方程找出外场作用下圆柱壳的响应电场,从而求出复合体系的有效非线性极化率以及在强场下的双稳特征,着重分析了结构参数λ对复合材料的有效非线性响应、双稳曲线以及双稳阈值的影响。结果表明,在不同结构参数下,复合体的有效非线性响应不同,存在一个λc,在该数值附近非线性响应得到极大增强;当λ介于(0,λc)时,复合体在强场作用下可以出现双稳,双稳的阈值和阈值宽度分别随λ增大降低和减小;当λ大于λc时,有效介电常数的实部变为正值,使得双稳消失。