光通信领域的日新月异和激光技术的发展均离不开非线性光学的支持。其中,包括全光开关、波长转换器以及脉冲调制器等关键性器件的开发均和三阶非线性光学性质密切相关,因此,三阶非线性材料的研究是相关研究的重点。在众多的非线性材料中,包含高极化率离子或基团的氧化物玻璃材料因为具有优良非线性性能、低光损耗、高光损伤阈值和优良机械加工性能等特点,是非线性光学器件的关键材料。因此,设计与制备新型非线性氧化物玻璃具有重要科学意义和实用价值。本课题围绕过渡金属氧化物玻璃体系的局域结构单元构型与非线性响应关联关系这一核心问题开展研究,发现[TiO₆]配位结构有利于获得高非线性响应,通过析晶使相关结构单元有序化提高了非线性光学性能,制备了系列具有良好三阶非线性响应特性的微晶玻璃材料,研究结果为高性能非线性玻璃材料的研制提供了参考。具体取得了以下研究成果:1.以钛酸盐玻璃为研究对象,成功制备了分别包含[TiO₄]、[TiO₅]和[TiO₆]微结构单元的玻璃体系。并通过实验和理论计算两种方法证明含有[TiO₆]微结构单元的玻璃具有最强的三阶非线性系数。研究证明了玻璃中微结构的单元的构型是影响其非线性的重要因素。2.以钛硼酸盐玻璃为研究对象,通过析晶相变的手段,使得散乱分布在玻璃基质中的[TiO₆]单元呈现出局域有序化排列。研究了微结构单元分布对玻璃非线性的影响这一问题。通过Z扫描测试发现析晶后玻璃的三阶非线性吸收性质得到了优化。同时,抗机械和激光损伤的性能也有了明显的提高。3.以铌硅酸盐玻璃为研究对象,通过玻璃析晶有效提升了三阶非线性光学响应、抗机械和抗激光损伤性能。由于所制备玻璃组成中增加了高极化率组分的引入,并且采用了单键强度较高的SiO₂作为玻璃形成体,与同类材料相比具有更加优异光限幅性能。4.利用玻璃材料析晶相变的方法在玻璃中引入贵金属纳米颗粒制备了包含Sn掺杂ZnO微晶和Ag纳米颗粒的新型复合微晶玻璃材料。Z扫描测试结果表明所制备的复合材料在530⁹00 nm波段均有较强的三阶非线性吸收。其他波段的非线性性质的表征有待进一步研究。