[发明专利]非线性光学材料电子束辐照下非线性系数的计算方法

摘要

一种非线性光学材料电子束辐照下非线性系数的计算方法，包含如下步骤：(1)根据实际的高速电子束流辐照条件(射线能量、束流强度和粒子速度)，计算出对应的辐照电场；(2)用量子计算软件Gaussian读入被辐照的非线性材料分子结构，选用计算辐照电场作用下分子体系(或离子基团)加场能量的量子力学方法；(3)依据步骤(2)中选择的量子计算方法计算34种外场情形下分子体系(或离子基团)加场能量差集；(4)计算出二阶非线性系数。该方法充分考虑非线性材料自身特点，采用量子力学手段计算材料的分子体系与电子束辐照所致电场之间的相互作用时的非线性系数，计算精度大大提高，同时可以适时的计算非线性材料在受电子束辐照时的非线性系数，具有很大的灵活性。

主权项

1.一种非线性光学材料电子束辐照下非线性系数的计算方法，其特征在于包含如下步骤：(1)根据实际的高速电子束流辐照条件，计算出对应的辐照电场E，$E=\frac{1}{4{ϵ}_0}·(I/v)\sqrt{{(1+{ϵ}_m/m_o{c}^2)}^2+{(1+{ϵ}_m/m_o{c}^2)}^{-4}}·\frac{1}{r}---\left(1\right)$ 其中：εm为射线能量，m0为电子静止质量，ε0为真空介电常数，c为光速，I为电子束流强度，v为运动速度，r为场强观察点距离束流中心的垂直距离；(2)根据被辐照的非线性材料分子结构，选用计算辐照电场作用下分子体系或离子基团加场能量的量子力学方法；(3)依据步骤(2)中选择的量子计算方法计算表1中34种外场情形下分子体系或离子基团加场能量差集ΔE，ΔE＝E(Fi，Fj，Fk)-E0，E0＝E(0，0，0)是未受外加电场作用的基态能量；(4)利用以下公式(2)～(4)式计算出二阶非线性系数β：表1 ΔE(Fi) ΔE(Fi，Fj) ΔE(Fi，Fj，Fk) (1)ΔE(F，0，0) (2)ΔE(-F，0，0) (3)ΔE(σF，0，0) (4)ΔE(-σF，0，0) (5)ΔE(0，F，0) (6)ΔE(0，-F，0) (7)ΔE(0，σF，0) (8)ΔE(0，-σF，0) (9)ΔE(0，0，F) (10)ΔE(0，0，-F) (11)ΔE(0，0，σF，) (12)ΔE(0，0，-σF) (25)ΔE(σF，F，0) (26)ΔE(F，σF，0) (27)ΔE(0，σF，F) (28)ΔE(0，F，σF) (29)ΔE(F，0，σF) (30)ΔE(σF，0，F) (13)ΔE(F，F，0) (14)ΔE(-F，F，0) (15)ΔE(F，-F，0) (16)ΔE(-F，-F，0) (17)ΔE(0，F，F) (18)ΔE(0，-F，F) (19)ΔE(0，F,-F) (20)ΔE(0，-F，-F) (21)ΔE(F，0，F) (22)ΔE(F，0，-F) (23)ΔE(-F，0，F) (24)ΔE(-F，0，-F) (31)ΔE(F，F，F) (32)ΔE(σF，F，F) (33)ΔE(F，σF，F) (34)ΔE(F，F，σF)${\beta }_{\mathrm{iii}}=\frac{3}{({\sigma }^3-\sigma )F^3}\left\{{\sigma }^3\right[\mathrm{\Delta E}\left(F_i\right)-\mathrm{\Delta E}(-F_i)]-[\mathrm{\Delta E}\left(\sigma F_i\right)-\mathrm{\Delta E}(-\sigma F_i)\left]\right\}---\left(2\right)$ ${\beta }_{\mathrm{iii}}=\frac{1}{2F^3}\{2\mathrm{\Delta E}\left(F_j\right)-2\mathrm{\Delta E}(-F_j)-\mathrm{\Delta E}(F_i,F_j)-\mathrm{\Delta E}(-F_i,F_j)---\left(3\right)$ $+\mathrm{\Delta E}(F_i,-F_j)-\mathrm{\Delta E}(-F_i,-F_j)\}$ ${\beta }_{\mathrm{ijk}}=\frac{1}{(\sigma -{\sigma }^2)F^3}\left\{(2\sigma +{\sigma }^2-2)\right[\mathrm{\Delta E}(F,\mathrm{0,0})+\mathrm{\Delta E}(0,F,0)+\mathrm{\Delta E}(\mathrm{0,0},F)]$ $-[\mathrm{\Delta E}(\mathrm{\sigma F},\mathrm{0,0})+\mathrm{\Delta E}(0,\mathrm{\sigma F},0)+\mathrm{\Delta E}(\mathrm{0,0},\mathrm{\sigma F})]$ $-({\sigma }^2+2\sigma -1)[\mathrm{\Delta E}(F,F,0)+\mathrm{\Delta E}(0,F,F)+\mathrm{\Delta E}(F,0,F)]---\left(4\right)$ $+[\mathrm{\Delta E}(\mathrm{\sigma F},F,0)+\mathrm{\Delta E}(0,\mathrm{\sigma F},F)+\mathrm{\Delta E}(F,0,\mathrm{\sigma F})+\mathrm{\Delta E}(F,\mathrm{\sigma F},0)]$ $+[\mathrm{\Delta E}(0,F,\mathrm{\sigma F})+\mathrm{\Delta E}(\mathrm{\sigma F},0,F)+({\sigma }^2+2\sigma )\mathrm{\Delta E}(F,F,F)]$ $-[\mathrm{\Delta E}(\mathrm{\sigma F},F,F)+\mathrm{\Delta E}(F,\mathrm{\sigma F},F)+\mathrm{\Delta \&Egr;}(F,F,\mathrm{\sigma F})]\}$ 其中i，j，k＝x，y，z(i≠j≠k)，βiii表示三个分量βxxx、βyyy和βzzz，βiij表示六个分量βxyy，βxzz，βyxx，βyzz，βzxx，βzyy，βijk表示一个分量βxyz；能量差ΔE为表1中的定义，ΔE(Fi)根据下标i的不同对应表1中不同ΔE；比如ΔE(Fx)对应表1中的(1)项，即ΔE(F，0，0)，而ΔE(Fy)对应表1中的(5)项，即ΔE(0，F，0)，其他情形依此类推；σ为场辅值系数，(σ∈(-1，1)，σ≠0)。