颗粒复合介质在高温下的光学双稳特性！

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1、第#&卷第!"期"$$’年!"月物理学报M>-4#&，L>4!"，N,O,=P,0，"$$’!$$$.&"?$3"$$’3#（&!"）3’&5&.$#F@GF8HIJK@FJKLK@F!"$$’@AB148AQR4J>O4"""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""颗粒复合介质在高温下的光学双稳特性!!）"）!）陆兴中高雷!（）苏州大学物理科学与技术学院，苏州"!#$$%）"（）常州工学院理学院，常州"!&$$"）（"$$&年!"月&日收到；"

2、$$’年&月"&日收到修改稿）利用()*+,--./)01,22近似，结合谱表示方法，理论研究了金属3绝缘颗粒复合介质的光学双稳特性随环境温度的依赖关系4数值结果表明，体系的光学双稳区域随环境温度的升高而逐渐变窄，甚至消失4还进一步研究了复合体系的折射系数和消光系数随温度的变化关系4关键词：颗粒复合介质，光学双稳!"##：56"$7，’"%#8的温度往往很高，此时金属组分的介电常数将随温!;引言度发生显著变化，随之影响体系的有效物理性质4例如，@AB)1<等报告了颗粒复合体系在高温下的线性［!#，!%］［!5，!6］自光学双

3、稳态发现以来，关于光学双稳态的研光学性质，/)>等研讨了在弱非线性条件究在近&$年中有很大进展，各种光学双稳态器件的下金属颗粒复合体系的非线性光学性质随环境温度材料和结构不断发展，使光学双稳态作为一种以光的变化关系4但是这些研究局限于弱非线性条件，当控光的器件更接近实际应用4同一个光双稳器件或外加电场很强时弱非线性条件不再成立，金属颗粒者几个光双稳器件的组合在不同的工作状态下可能复合体系可展现出光学双稳行为4因此，很有必要研具有不同的输出.输入特性，能获得不同的光学信息究金属颗粒复合体系中的光学双稳性质对环境温度处理功能，可

4、以广泛用于光通信、光计算、光传感以的依赖4我们考虑到环境温度对组分介电常数的影及激光的控制和光学精密计量技术中，是实现光信响，利用()*+,--./)01,22近似并结合谱表示理论来［!，"］息处理的基本单元;进行研究4本文的方法可以直接求出温度依赖的有理论和实验表明，由金属颗粒嵌入绝缘介质的效介电常数，从而有助于进一步研究环境温度对复［&—#］颗粒复合体在一定条件下能够呈现双稳状态4合体系的折射系数与消光系数的影响4一般而言，对非线性颗粒复合材料的非线性光学性质的研究是较为困难的4因此，人们对光学双稳的研";理论模型与公式

5、［%］究也主要集中在一些可精确求解的微几何结构4后来，9,0<=)1小组［5，6］发展了变分的方法，研究线性设有金属纳米颗粒任意无规嵌入介电或绝缘基的金属颗粒无规或周期性地嵌入非线性绝缘基质的质中的复合系统4假定微粒的尺寸远小于入射光波［!#，!?］复合体系中的光学双稳行为4最近，/)>等建立在自波长，从而可以采用准静态近似；再假定主体基［?］［!$，!!］质是线性的，其介电函数为!$，金属颗粒杂质的电洽的平均场近似和谱表示理论的基础上开展"了对颗粒复合介质的非线性光学性质的研究［!"，!&］，位移矢量!与电场强度"之间具有

6、非线性关系，即并提出用一般理论研究光学双稳［!’］!C!"C（!$D"E"E"）!"，（!）4另一方面，人!!$!!$$们对金属颗粒复合材料线性和非线性光学性质的研式中!!表示金属颗粒组元的线性介电函数，"!表究大多局限在室温条件4而在许多场合下，环境工作示三阶非线性极化率4当金属颗粒组元的非线性相!国家自然科学基金（批准号：!$"$’$!5）和江苏省自然科学基金（批准号：9:"$$"$&6）资助的课题487>8物理学报97卷［&!，&&］应与线性部分可以相互比较时，根据平均场理论，可%（B)）)考虑电子0声子散射及电子0电

7、子散射，将非线性金属颗粒组分的介电函数!近似为!%B可分为两部分，#&#&!!"!!$"!%!!%!!!$"!’%!!%()%B"%BC$%B.)（!!）（&）这里，%代表电子0声子散射的贡献，采用德拜模型BC&我们利用*+,-.//01+23.44模型，局域场的’%!!%(可以表述为可以利用谱表示给出，即!)9’F)*8&$()*6*!%"%&（#）%C!#’"#’5!’%!%&("#6#!&，（7）%BC"!9，（!&）!"!%"5#%&#&（#）)*()*5*6*#’"#（’5!）（!5’）!&其中"##，对于本文所研

8、究的体系，其谱密度其中’是德拜温度，&（#）是当)"’时的直流电导!&5!!［!!］率)%B（.)）代表电子0电子的相互作用对碰撞频率形式为［!8，!E］的贡献，它与金属的费密能的关系是!#（#）"!$[#5（!5!）])（8）!&77()（%&*%，（!7）%B."![H)）$()]!&