成果简介：具有很大的三阶非线性系数，而且响应速度很快的光学薄膜是一类新的非线性光学材料，它可以广泛应用于全光型光控领域。传统光学材料的三阶非线性系数都很小，大约只有千亿分之一，甚至更小。研究证明掺有纳米团簇（半导体或金属量子点等）的薄膜表现出优良的非线性光学性质，可以把三阶非线性系数提高数百万倍。我们采用新的制备方法，利用已具有测试条件，选择合适的掺杂材料和载体介质，研制出新型的纳米金属团簇复合薄膜，发展出新的增大优值比的方法。研究了纳米团簇复合薄膜Au/BaTiO3, Au/Fe nanoparticle arrays等的三阶非线性光学效应，非线性折射率超过6.09 ×10-6 cm2/kW(10-5 esu)；通过特殊的工艺，改善复合薄膜的微结构，使纳米团簇有一定的取向分布，从而解决三阶非线性极化率与吸收系数同时增大的矛盾，提高优值比，达到10-10 esu cm；性质测量中使用ps激光光源，得到制备样品在快速响应条件下的非线性光学性质。我们详细研究了纳米颗粒的非线性增强机制和线性吸收系数的矛盾，提出了增大优值比的方法，尤其是过渡金属元素的引入，研制了Au纳米颗粒的阵列体系，获得了吸收在三阶非线性系数峰值处淬灭的二元纳米金属复合薄膜。推广应用范围、条件和前景：金属团簇复合薄膜的非线性光学性质的研究可以更好的理解纳米颗粒的非线性增强机制，尤其是其周围的局域场对非线性性质的影响，为获得性能优异的光学材料提供指导。目前三阶非线性光学材料的研究方向是寻求非线性光学性能、响应时间、化学稳定性、热稳定性、光学损耗、加工特性及材料成本等诸因素的最佳结合点。我们相信具有巨大光学非线性并且性能稳定的纳米团簇复合薄膜，有希望成为全光开关材料的最佳候选，为非线性光学材料作为光信号处理用元件的产业化提供新的方法和途径。