偶氮、苯乙烯類材料的非線性光學(xué)和光存儲(chǔ)特性研究.pdf

1、近年來,非線性光學(xué)在激光技術(shù)、光通訊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和光信息處理等方面顯示出巨大的應(yīng)用前景,使得尋找光學(xué)非線性大、光學(xué)響應(yīng)速度快的新型材料成為了這一領(lǐng)域的主要課題之一。有機(jī)非線性光學(xué)材料由于其非線性光學(xué)系數(shù)大、響應(yīng)波段寬、損傷閾值高、成本低和易于修飾等特點(diǎn)而備受關(guān)注。作為有機(jī)非線性光學(xué)材料的典型代表,偶氮、苯乙烯類材料越來越吸引科學(xué)家的興趣。此外,這兩類材料在合適的偏振光激發(fā)下,具有顯著的各向異性,在光學(xué)存儲(chǔ)方面顯示出優(yōu)越的應(yīng)用前景。本論文主

2、要研究了偶氮、苯乙烯類材料的非線性光學(xué)特性和光存儲(chǔ)特性。
　　 第一章,介紹了二階、三階光學(xué)非線性的基本概念、應(yīng)用和研究方法。著重介紹了三階非線性光學(xué)中的多光子吸收特性,包括多光子吸收的應(yīng)用、多光子吸收材料的設(shè)計(jì)、多光子吸收截面的研究方法。在本章的第二部分,介紹了偶氮、苯乙烯類材料的光致各向異性研究進(jìn)展和物理機(jī)制。還介紹了這兩種有機(jī)光敏感材料的偏振全息特性和研究進(jìn)展。最后給出了本論文的結(jié)構(gòu)和創(chuàng)新點(diǎn)。
　　 第二章,主要研

3、究了偶氮液晶聚合物和H型偶氮小分子的非線性光學(xué)特性。研究的手段是傳統(tǒng)的Z掃描技術(shù)。這種方法具有很多有優(yōu)點(diǎn),如能夠同時(shí)測(cè)量材料非線性折射率、非線性吸收的大小和正負(fù)號(hào)。利用這種方法,研究了偶氮液晶聚合物薄膜與溶液在飛秒、皮秒、納秒和連續(xù)光激發(fā)下的非線性折射和非線性吸收特性。在薄膜和溶液中,這種聚合物顯示出完全不同的光學(xué)特性。對(duì)于H型偶氮小分子,研究了這種分子的反飽和吸收、激發(fā)態(tài)吸收、雙光子吸收以及雙光子引起的激發(fā)態(tài)吸收特性。本章還研究了激發(fā)

4、光的偏振態(tài)和線性吸收系數(shù)對(duì)非線性光學(xué)特性的影響。
　　 第三章,研究分子結(jié)構(gòu)對(duì)材料非線性光學(xué)特性的影響一直是化學(xué)合成、非線性光學(xué)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。本章研究了分子結(jié)構(gòu)對(duì)二階、三階非線性光學(xué)、光致雙折射特性的影響。研究結(jié)果表明,大的給電子基團(tuán)和π共軛將會(huì)導(dǎo)致大的二階光學(xué)非線性。定量分析了偶氮生色團(tuán)以側(cè)鏈的形式連接在聚合物上對(duì)三階非線性光學(xué)特性和光致雙折射特性的影響。
　　 第四章,含有納米顆粒和有機(jī)分子的混合材料,往往具有特殊

5、光學(xué)性質(zhì)。在本章,利用化學(xué)反應(yīng)方法,制備了金膠和銀膠。研究了金膠和銀膠的熱光特性和表面等離子共振特性。首次報(bào)道了將金膠和水溶性偶氮苯分子甲基橙混合溶液的非線性折射和雙光子特性。研究結(jié)果表明,將納米金顆粒摻雜甲基橙中可以有效增強(qiáng)其非線性折射和雙光子吸收系數(shù),增強(qiáng)倍數(shù)可以分別達(dá)到14倍和42倍。利用表面熒光增強(qiáng)光譜,進(jìn)一步證實(shí)非線性光學(xué)增強(qiáng)是由于表面等離子共振引起的。在本章的最后,研究了將納米顆粒摻雜在甲基橙/聚乙烯吡咯烷酮薄膜中的光致雙折

6、射特性,研究結(jié)果表明,將金納米顆粒慘雜在甲基橙分子系統(tǒng)中,可以有效增強(qiáng)材料的光致雙折射特性。這種方法具有修飾簡單、價(jià)格低廉的優(yōu)點(diǎn)。
　　 第五章,盡管含偶氮苯材料的光存儲(chǔ)特性得到了廣泛的研究,但是這類材料的吸收光譜一般都在可見光波段,因此不適合制作藍(lán)光存儲(chǔ)材料。尋找高密度的光存儲(chǔ)材料一直是科學(xué)家感興趣的話題。本章研究了一種偶氮聚合物的光致各向異性和偏振全息特性。研究結(jié)果表明,當(dāng)用偏振態(tài)相互垂直的光記錄時(shí),聚合物薄膜中形成了純的相

7、位光柵。這種光柵具有可同時(shí)控制光的偏振態(tài)和傳播方向的優(yōu)點(diǎn)。當(dāng)利用相互平行的光進(jìn)行記錄時(shí),得到了衍射效率較低的強(qiáng)度光柵。本章還研究了一種苯乙烯聚合物的光致各向異性和偏振全息特性。當(dāng)利用相互垂直的光進(jìn)行記錄時(shí),在這種聚合物中首次得到了純的相位光柵。當(dāng)利用相互平行的光進(jìn)行記錄時(shí),得到了衍射效率較高的表面起伏光柵。盡管本章所研究的苯乙烯聚合物的吸收譜在可見光波段,不適合制作藍(lán)光高密度光存儲(chǔ)材料,但是實(shí)驗(yàn)結(jié)果證實(shí)苯乙烯材料確實(shí)可以用來制作偏振全息

8、材料。由于苯乙烯材料的吸收譜可以調(diào)制到紫光波段,因此實(shí)驗(yàn)證實(shí)苯乙烯材料確實(shí)可用來制作高密度存儲(chǔ)材料。
　　 第六章,同步輻射光是電子在磁場(chǎng)中以光速作圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的。同步輻射光在生物、材料、物理等各個(gè)領(lǐng)域得到了非常廣泛的應(yīng)用。同步輻射光還被譽(yù)為微光世界一把“鋒利的刀”。已經(jīng)證實(shí),同步輻射光可以對(duì)SiO2對(duì)半導(dǎo)體材料進(jìn)行快速、各向異性的刻蝕。PDMS是一種廣泛應(yīng)用于微流器件、生物傳感器等領(lǐng)域的生物兼容材料。我們發(fā)現(xiàn)在XeF2作用下