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非线性材料
非线性材料是指在外界作用下，其力学性质和物理性质不随应力的大小而等比例变化的材料。
与线性材料相比，非线性材料更具有复杂的力学行为和性质。
非线性材料具有以下特点：
1. 力学性质的非线性：非线性材料在不同应力或应变条件下会表现出不同的力学行为，如弹性、塑性、黏弹性等。
2. 热性质的非线性：非线性材料在温度变化时会发生形态和性质的改变，如热膨胀、热变形等。
3. 电性质的非线性：非线性材料在电场作用下会发生电极化、电导率变化等非线性效应。
4. 光学性质的非线性：非线性材料在光场作用下会发生非线性光学效应，如光电效应、非线性折射等。
非线性材料的应用十分广泛，尤其在科技领域中起着重要作用。
以下是非线性材料的几个应用领域：
1. 光通信：非线性光学材料可以用于制造高效率的波分复用器、光放大器等光学器件，以及用于光学交换机、全光网络等光通信设备。
2. 激光技术：非线性光学材料可以用于制造高功率激光器、激
光器的倍频器和混频器等光学器件，以及用于激光医疗、激光制造等领域。
3. 光学传感：非线性光学材料可以用于制造高灵敏度的光学传感器，应用于环境监测、生命科学、医疗诊断等领域。
4. 光学计算：非线性光学材料可以用于制造光学计算器件，用于光学计算机、光学存储等领域。
5. 生物医学：非线性材料在生物医学领域有着广泛的应用，如用于成像、光谱分析、治疗等。
非线性材料的研究和应用为人类的科技进步和生活带来了许多便利和创新。
随着科技的发展和需求的增加，对非线性材料的研究和应用将会更加深入和广泛。
非线性光学材料一、概述20 世纪60 年代, Franken 等人用红宝石激光束通过石英晶体,首次观察到倍频效应,从而宣告了非线性光学的诞生，非线性光学材料也随之产生。
定义：可以产生非线性光学效应的介质（一）、非线性光学效应当激光这样的强光在介质传播时，出现光的相位、频率、强度、或是其他一些传播特性都发生变化，而且这些变化与入射光的强度相关。
物质在电磁场的作用下,原子的正、负电荷中心会发生迁移,即发生极化,产生一诱导偶极矩p 。
在光强度不是很高时,分子的诱导偶极矩p 线性正比于光的电场强度E。
然而,当光强足够大如激光时,会产生非经典光学的频率、相位、偏振和其它传输性质变化的新电磁场。
分子诱导偶极矩p 就变成电场强度E 的非线性函数,如下表示:p = α E + β E2 + γ E3 + ⋯⋯式中α为分子的微观线性极化率;β为一阶分子超极化率(二阶效应) ,γ为二阶分子超极化率(三阶效应) 。
即基于电场强度E 的n 次幂所诱导的电极化效应就称之为n 阶非线性光学效应。
对宏观介质来说,p = x (1) E + x(2) E2 + x (3)E3 + ⋯⋯其中x (1) 、x(2) 、x(3) ⋯⋯类似于α、β、γ⋯⋯,表示介质的一阶、二阶、三阶等n 阶非线性系数。
因此,一种好的非线性光学材料应是易极化的、具有非对称的电荷分布的、具有大的π电子共轭体系的、非中心对称的分子构成的材料。
另外,在工作波长可实现相位匹配,有较高的功率破环阈值,宽的透过能力,材料的光学完整性、均匀性、硬度及化学稳定性好,易于进行各种机械、光学加工也是必需的。
易于生产、价格便宜等也是应当考虑的因素。
目前研究较多的是二阶和三阶非线性光学效应。
常见非线性光学现象有：①光学整流。
E2项的存在将引起介质的恒定极化项，产生恒定的极化电荷和相应的电势差，电势差与光强成正比而与频率无关，类似于交流电经整流管整流后得到直流电压。
②产生高次谐波。
非线性光学晶体非线性光学晶体对于激光强电场显示二次以上非线性光学效应的晶体非线性光学晶体是对于激光强电场显示二次以上非线性光学效应的晶体。
非线性光学晶体是一种功能材料，其中的倍频（或称“变频”）晶体可用来对激光波长进行变频，从而扩展激光器的可调谐范围，在激光技术领域具有重要应用价值。
1 介绍具有非线性光学效应的晶体。
广义指在强光或外场作用下能产生非线性光学效应的晶体。
通常将强光作用下产生的称为非线性光学晶体; 外场作用下产生的称电光、磁光、声光晶体。
此外，还有含共轭体系的有机分子组成的晶体或聚合物。
广泛应用的有KH2PO4(KDP)、NH4H2PO4(ADP)、CsH2A5O4(CDA)；KTiOPO4、KNbO3、NiNbO3、 Ba2NaNb5O15；BaB2O4(BBO)、LiB3O5(LBO)、NaNO2；GaAs、InSb、InAs、 ZnS等。
按状态分为块状、薄膜、纤维、液晶。
利用二阶非线性效应产生的倍频、混频、参量振荡及光参量放大等变频技术，可拓宽激光的波长范围，已应用于核聚变、医疗、水下摄影、光通信、光测距等方面。
2 三硼酸锂晶体简称LBO晶体。
分子式为 LiB3O5，属正交晶系，空间群为Pna2 的一种非线性光学材料。
福建物质结构研究所首次发现。
密度2.48g/cm，莫氏硬度6，具有较宽的透光范围（0.16～2.6μm），较大的非线性光学系数，高的光损伤阈值（约为KTP的 4.1倍，KDP 的1.83倍，BBO的2.15 倍）及良好的化学稳定性及抗潮解性。
可用于1.06μm激光的二倍频和三倍频，并可实现Ⅰ类和Ⅱ类相位匹配。
用功率密度为350MW/cm的锁模Nd ：YAG激光，样品通光长度为11mm （表面未镀膜），可获得倍频转换效率高达60%。
LBO晶体可制作激光倍频器和光参量振荡器。
用高温溶液法可生长出光学质量的单晶。
3 三硼酸锂铯晶体CLBO晶体的基本结构与三硼酸铮和三硼酸铯相同，其阴离子基因中平面基团和四面体基团的结合是其大的非线性效应来源。
非线性光学材料的制备及应用光学材料是指能够与光线相互作用的物质，是光学技术发展的重要组成部分。
在光学材料中，非线性光学材料是一类非常特殊的材料。
它不仅具有线性光学材料的基本性质，还能在光场中引起较强的非线性光学效应，因此被广泛应用于光学通信、光学计算、光谱分析、激光工艺等领域。
本文将介绍非线性光学材料的制备及应用。
一、非线性光学材料的定义及分类非线性光学材料是指在强光场下的光学效应不遵守Maxwell方程组描述的线性响应原理。
简单来说，就是材料的光学特性不随光强线性增长。
非线性光学材料可分为三类：非线性吸收材料、非线性折射材料和非线性反常色散材料。
非线性吸收材料指在光强较大的情况下，材料中光子与物质之间发生强烈的相互作用，使得光子在通过材料时被吸收，从而导致光强的降低。
非线性折射材料既包括自焦材料，又包括非自焦材料。
自焦材料是指在高光强的情况下，光束会在材料中聚焦形成一个高亮度的光斑，从而形成自聚焦作用。
而非自焦材料则是指材料对光强的变化产生折射率的二次或高次非线性响应。
非线性反常色散材料则是指有一类材料，在光强较大时，其折射率随光强而发生反常变化。
也就是说，光经过这些材料后，波长会发生巨大的变化。
二、非线性光学材料的制备方法1. 化学合成法化学合成法是目前制备非线性光学材料最常用的方法之一。
其中，有机非线性光学材料合成合成方法比较多，而无机非线性光学材料主要采用溶胶-凝胶与热焙烧法各种方法。
2. 溶胶-凝胶法溶胶-凝胶法制备非线性光学材料的优点是合成过程简单，可以获得高质量的单晶材料，可以制备各种形状的样品，如膜、粉末等。
3. 手性识别技术在制备非线性光学材料中，手性识别技术由于其特殊的手性结构，能够增强材料的非线性光学效应，因此逐渐被研究和发展。
手性识别方法主要包括手性液晶自组装、手性染料分子组合、手性配合物的合成等方法。
三、非线性光学材料的应用1. 光通信领域在光通信领域中，非线性光学材料有着重要的应用价值。
材料非线性
材料非线性是指物理或化学状态的改变与能量的变化是不一定成正比的，其中有可能会发生突变、饱和或间歇等情况。
材料非线性可以分为热非线性、光学非线性和电化学非线性等几种类型。
热非线性指的是材料在温度变化中，其物理性质发生非线性变化，比如热膨胀系数、热容量、导热率等。
热非线性可以出现在金属、绝缘材料和复合材料等不同种类的材料中。
光学非线性指的是材料在光的照射下发生的非线性变化。
该类非线性变化包括局域热膨胀、非线性折射率、回折系数和发射光谱等。
当光的强度超过一定的强度阈值时，材料从线性变化中转变为非线性变化，会发生发光、发热等行为。
电化学非线性指的是涉及电荷转移反应的非线性变化。
该类非线性变化可以出现在一些电极反应中，如电池充放电过程中，电池容量会随着充放电次数的变化而发生非线性变化；同样，电极反应速率也会受到电位的变化而发生非线性变化。
非线性光学材料与器件光学作为一门研究光的传播和相互作用的学科，一直以来都备受关注。
随着科技的不断进步，光学领域也得到了飞速发展。
其中，非线性光学材料与器件作为光学领域的重要组成部分，正逐渐受到越来越多的关注。
非线性光学材料是指在光场作用下，其光学性质随光强的变化而变化的材料。
与线性光学材料不同，非线性光学材料具有非线性光学效应，如二次谐波发生、光学相位共轭、光学调制等。
这些非线性光学效应为光学器件的设计和制造提供了新的思路和方法。
在非线性光学材料中，最常见的是非线性光学晶体。
这些晶体由于其晶格结构的特殊性质，可以实现光的频率倍频、波长转换等功能。
例如，锂铌酸钾晶体是一种常用的非线性光学晶体，它具有很高的非线性光学系数和较宽的透明窗口，可以用于光学频率倍增、波长转换等应用。
此外，还有一些有机非线性光学材料，如聚合物、有机晶体等，具有较高的非线性光学效应和较宽的光学透明窗口，适用于光学调制、光学开关等器件的制造。
除了非线性光学材料，非线性光学器件也是非线性光学领域的重要研究方向。
非线性光学器件是利用非线性光学效应来实现光的调制、传输和处理的器件。
其中，最常见的非线性光学器件是光学调制器。
光学调制器可以通过改变光的强度、相位或频率来实现光的调制。
它在光通信、光存储、光计算等领域有着广泛的应用。
此外，还有光学开关、光学放大器、光学相位共轭器等非线性光学器件，它们都是利用非线性光学效应来实现光的控制和处理。
非线性光学材料与器件的研究不仅对光学领域具有重要意义，而且对其他领域也有着广泛的应用。
例如，在光通信领域，非线性光学材料和器件可以用于实现光纤通信的高速传输和波长转换。
在光存储领域，非线性光学材料和器件可以用于实现高密度的光存储和光存储器件的制造。
在光计算领域，非线性光学材料和器件可以用于实现光学计算和光学逻辑门的设计。
然而，非线性光学材料与器件的研究还面临着一些挑战。
首先，非线性光学效应的强度和效率需要进一步提高。
介绍四种典型的非线性材料
本文从材料的特性入手着重分析了物体的应力和应变。
弹塑性分析是工程上常见问通，工程上常用ANSYS软件解决这方面的问题，工程材料的塑性变形引起的非线性问题通常是弹塑性分析。
塑性变性引起的非线性问题—弹塑性分析，工程上常用ANSYS软件来完成这方面的工作。
塑性是一种在某种给定载荷下，材料产生永久变形的材料特性，对大多的工程材料来说，当其应力低于比例极限时，应力—应变关系是线性的，另外，大多数材料在其应力低于屈服点时表现为弹性行为也就是说当移走载荷时其应变也完全消失。
1、塑性材料的特性
由于屈服点和比例极限相差很小，因此在ANSYS程序中假定它们相同在应力—应变的曲线中低于屈服点的叫做弹性部分，超过屈服点的叫做塑性部分也叫做应变强化部分，塑性分析中考虑了塑性区域的材料特性。
1.1 路径相关性塑性是不可恢复的，那么这种问题就与加载历史有关，这类非线性问题叫做与路径相关的或非保守的非线性，路径相关性是指对一种给定的边界条件可能有多个正确的解，内部的应力应变分布存在为了得到真正正确的结果，我们必须按照系统真正经历的加载过程加载。
1.2 率相关性塑性应变的大小可能是加载速度快慢的函数，如果塑性应变的大小与时间有关这种塑性叫做率无关性塑性，相反与应变率有关的塑性叫做率相关的塑性。
大多的材料都有某种程度上的率相关性，但在大多数静力分析所经历的应变范围两者的应力应变曲线差别不大，所以在一般的分析中我们变为是与率无关的。
1.3 工程应力应变与真实的应力应变塑性材料的数据一般以拉伸的应力应变曲线形式给出材料数据，可能是工程应力与工程应变也可能是真实应力与真实应变。
大应变的塑性分析一般采用真实的应力应变数据，而小应变分析一般采用工程的应力应变数据。
1.4 塑性在什么时候激活当材料中的应力超过屈服点时塑性被激活也就是说有塑性应变发生而屈服应力本身可能是下列某个参数的函数:①温度;②应变率;③以前的应变历史;④侧限压力;⑤其它参数。
2、塑性理论简介
塑性理论的三个主要方面:屈服准则;流动准则;强化准则。
2.1 屈服准则
屈服准则对单向受拉试件我们可以通过简单的比较轴向应力与材料的屈服应力来决定是否有塑性变形发生，然而对于一般的应力状态是否到达屈服点并不是明显的，屈服准则是一个可以用来与单轴侧试的屈服应力相比较的应力状态的标t表示，因此知道了应力状态和屈服准则程序就能确定是否有塑性应变产生，屈服准则的值有时候也叫做等效应力，一个通用的屈服准则是Von Miles屈服准则当等效应力超过材料的屈服应力时将会发生塑性变形。
2.2.流动准则
流动准则描述了发生屈服时塑性应变的方向，也就是说流动准则定义了单个塑性应变分量等随着屈服是怎样发展的。
2.3.强化准则
强化准则描述了初始屈服准则随着塑性应变的增加是怎样发展的，等向强化是指屈服面以材料中所作塑性功的大小为基础在尺寸上扩张对Mises屈服准则来说屈服面在所有方向均匀扩张，由于等向强化在受压方向的屈服应力等于受拉过程中所达到的最高应力，随动强化假定屈服面的大小保持不变而仅在屈服的方向上移动当某个方向的屈服应力升高时其相反方向的屈服应力，应该降低在随动强化中由于拉伸方向屈服应力的增加导致压缩方向屈服应力的降低所以在对应的两个屈服应力之间总存一个的差值2yQ初始各向同性的材料在屈服后将不再是向同性的。
1.经典双线性随动强化 BKIN
2.双线性等向强化 BISO
3.多线性随动强化 MKIN
4.多线性等向强化 MISO
1.经典的双线性随动强化（BKIN）
使用一个双线性来表示应力应变曲线，所以有两个斜率，弹性斜率和塑性斜率，由于随动强化的Von mises屈服准则被使用，所以包含有鲍辛格效应，此选项适用于遵守Von Mises 屈服准则，初始为各向同性材料的小应变问题，这包括大多数的金属。
需要输入的常数是屈服应力和切向斜率，可以定义高达六条不同温度下的曲线。
注意：
1）.使用MP命令来定义弹性模量
2）.弹性模量也可以是与温度相关的
3）.切向斜率Et不可以是负数，也不能大于弹性模量
在使用经典的双线性随动强化时，可以分下面三步来定义材料特性。
1）.定义弹性模量
2）.激活双线性随动强化选项
3）.使用数据表来定义非线性特性
2.双线性等向强化（BIS0）
也是使用双线性来表示应力－应变曲线，在此选项中，等向强化的Von Mises 屈服准则被使用，这个选项一般用于初始各向同性材料的大应变问题。
需要输入的常数与BKIN选项相同。
举例如下:
MP,EX,1,200e9
MP,NUXY,1,0.25
MP,GXY,1,150e9
TB,BISO,1
TBDATA,1,300e6,2000e6
3.多线性随动强化（MKIN）
使用多线性来表示应力－应变曲线，模拟随动强化效应，这个选项使用Von Mises 屈服准则，对使用双线性选项（BKIN）不能足够表示应力－应变曲线的小应变分析很有用。
需要的输入包括最多五个应力－应变数据点（用数据表输入），可以定义五条不同温度下的曲线。
在使用多线性随动强化时，可以使用与BKIN相同的步骤来定义材料特性，所不同的是在数据表中输入的常数不同，举例如下:
MPTEMP，，10，70
MPDATA，EX，3，，30ES，25ES
TB，MK2N，3
TBTEMP，，STRA2N
TBDATA，，0.01，0.05，0.1
TBTEMP，10
TBDATA，，30000，37000，38000
TBTEMP，70
TBDATA，，225000，31000，33000
4.多线性等向强化（MISO）
使用多线性来表示使用Von Mises屈服准则的等向强化的应力－应变曲线，它适用于比例加载的情况和大应变分析。
需要输入最多100个应力－应变曲线，最多可以定义20条不同温度下的曲线。
其材料特性的定义步骤如下：
1.定义弹性模量
2.定义MISO数据表
3.为输入的应力－应变数据指定温度值
4.输入应力－应变数据
5.画材料的应力－应变曲线
与MKIN 数据表不同的是，MISO的数据表对不同的温度可以有不同的应变值，因此，每条温度曲线有它自己的输入表。
