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金属纳米材料由于受到量子尺寸效应、介电限域效应、表面效应和局域场效应等的影响,具有比体材料大得多的非线性效应和快的时间响应。本论文主要从理论上研究了金属纳米线材料的非线性光学性质。
首先,本论文介绍了金属纳米线材料的非线性光学性质研究进展以及其研究意义。然后,基于金属颗粒与电磁场相互作用的Maxwell-Garnett理论和非线性光学的基本理论,以平行排列的金属圆柱体为模型,计算了局域场增强和表面等离子体共振引起的金属纳米线阵列的光学非线性增强,得到了金属纳米线阵列的局域场增强因子和有效三阶非线性极化率的增强因子。最后,通过数值模拟,研究了不同的参数,如金属浓度、基底介质、纳米线形状因子及不同激发波长对金属纳米线复合材料的三阶非线性极化率增强因子的影响。我们发现,可以通过调节金属纳米线复合材料的金属浓度、基底介质、颗粒形状等手段来实现体系有效非线性的增强。该结论对设计具有强光学非线性的金属纳米线材料非常有用。