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新型超支化共轭聚合物三阶非线性光学性能研究

李双柱  
【摘要】:随着电子信息技术的飞速发展,光—电、电—光转换过程中切换时间缓慢等问题日益成为发展的瓶颈。全光开关是解决这个问题的关键,较常见的方法是利用三阶非线性光学原理,用一束控制光引起材料折射率的变化,当信号光通过材料时就会带来相位的变化,实现光开关。 长期以来,三阶非线性光学材料的研究主要集中在无机半导体材料,有机高分子材料方面。无机半导体材料的非线性光学效应基于材料的共振吸收作用,因此其非线性吸收系数大,响应速度比较慢,不能用作全光开关材料。有机高分子材料非线性具有光学系数高、响应时间快、介电常数低以及可加工性好等优点,因此在全光开关中扮有重要的角色,然而,到目前为止有机三阶非线性材料的分子设计和材料加工的深度和广度仍然十分有限。 三阶非线性光学性能参数的测试是研究三阶非线性光学材料性能研究的重要手段,它能够区分不同材料之间的三阶非线性光学性能的差异,还能够从内在机制方面揭示材料具有三阶非线性光学性能的根本原因,从而为设计新的性能更优异的材料提供重要的指导作用,并为器件的设计提供重要的依据。基于以上原因,本论文主要有以下几个方面:非线性光学系数高、响应时间快、介电常数低以及可加工性好等优点, 第一部分综述光学三阶非线性的原理及影响材料三阶非线性系数的物理机制。 第二部分介绍了三阶非线性光学系数测试的原理和测量三阶非线性常用的方法,及影响三阶非线性测量的因素,搭建了测量三阶非线性Z扫描的系统,介绍了实验中所使用的仪器,以及试验中所使用的程序控制系统。 第三部分对以1,3,6,8-四取代咔唑为核、以寡聚物为臂的超支化聚芴衍生物的三阶非线性光学性能进行了研究;星状或者超支化聚合物,具有合成方法简单、溶解性良好、容易成膜、热稳定性高以及荧光量子效率高等优点,在器件应用上引起广泛关注。我们通过Suzuki反应合成得到了两个超支化的聚合物4BrCzP1和4BrCzP2,对其结构和光物理性质进行了表征。分别对材料在溶液状态下的非线性性质和薄膜状态的非线性性质进行了测量,研究结果显示,4BrCzP1和4BrCzP2在薄膜状态的三阶非线性折射系数分别为4.24×10-8esu和7.40×10-8esu,溶液状态下4BrCzP1和4BrCzP2的三阶非线性折射系数为1.5×10-10esu和8×10-10esu,是一类性能非常优异的非线性光学材料,在非线性光学领域中有着很好的潜在应用价值。


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