兩種有機(jī)π電子共軛化合物復(fù)合薄膜的線性和非線性光學(xué)特性研究.pdf

1、隨著三網(wǎng)融合和3G時(shí)代的到來(lái)，人們對(duì)帶寬的需求越來(lái)越高，高速寬帶綜合業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)已成為本世紀(jì)通信網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展趨勢(shì)。由于全光網(wǎng)絡(luò)中的信號(hào)傳輸全部在光域內(nèi)進(jìn)行，因此，全光網(wǎng)絡(luò)具有對(duì)信號(hào)的透明性，它通過(guò)波長(zhǎng)選擇器件實(shí)現(xiàn)路由選擇。全光網(wǎng)絡(luò)以其良好的透明性、波長(zhǎng)路由特性、兼容性和可擴(kuò)展性，成為下一代高速（超高速）寬帶網(wǎng)絡(luò)的首選。
　　 全光開(kāi)關(guān)作為全光網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵器件，可實(shí)現(xiàn)在全光層的路由選擇、波長(zhǎng)選擇、光交叉連接以及自愈保護(hù)等重要功能。當(dāng)前，國(guó)

2、際上還沒(méi)有找到適合做全光開(kāi)光的材料，對(duì)全光開(kāi)關(guān)材料的研究日益成為全光通信領(lǐng)域關(guān)注的焦點(diǎn)。
　　 全光開(kāi)關(guān)是利用材料的三階非線性光學(xué)效應(yīng)，即光學(xué)克爾效應(yīng)。用一束控制光引起材料的非線性折射率變化，使信號(hào)光通過(guò)該器件時(shí)產(chǎn)生相位變化，從而實(shí)現(xiàn)光開(kāi)關(guān)的開(kāi)關(guān)動(dòng)作。全光開(kāi)關(guān)器件要求材料具有高非線性折射率、低的線性和非線性吸收和快的響應(yīng)速度。
　　 三階非線性光學(xué)材料性能參數(shù)的準(zhǔn)確表征是研究材料性能的重要手段，可以對(duì)材料的探索、改進(jìn)和器

3、件的設(shè)計(jì)提供參考和依據(jù)。本論文的主要內(nèi)容如下：
　　 第一，根據(jù)全光網(wǎng)絡(luò)中全光開(kāi)關(guān)器件材料品質(zhì)因子W（W=n2I/α0λ）和T(T=βλ/n2)的要求，結(jié)合1，3-二硫雜環(huán)戊烯-2-硫酮-4，5-二硫基(DMIT)類材料具有優(yōu)良的平面π電子共軛結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，設(shè)計(jì)和合成了兩種DMIT類材料--多硫酮衍生物材料4，5-二苯甲酰硫基-1，3-二硫雜環(huán)戊烯-2-硫酮(BBDT)和金屬有機(jī)配合物材料1，3-二硫雜環(huán)戊烯-2-硫酮-4，5-二硫

4、基合金十六烷基三甲基銨鹽(CtAu)。其中，CtAu材料的三階非線性光學(xué)性質(zhì)被首次報(bào)道。為了給以后器件設(shè)計(jì)提供理論和實(shí)驗(yàn)依據(jù)，將上述兩種材料與光學(xué)透明性好，玻璃化溫度高，容易成膜的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)采用旋涂法制備成聚合物復(fù)合薄膜。
　　 第二，用準(zhǔn)波導(dǎo)方法對(duì)聚合物復(fù)合薄膜BBDT/PMMA和CtAu/PMMA的線性折射率和厚度進(jìn)行了表征。準(zhǔn)波導(dǎo)方法是基于平面波的光波簇干涉理論和米氏散射理論發(fā)展而來(lái)，測(cè)量中只要求角度測(cè)量

5、，方便且精度高。運(yùn)用Z掃描技術(shù)對(duì)BBDT和CtAu材料的溶液與聚合物復(fù)合薄膜在1064和532nm波長(zhǎng)下的非線性折射和非線性吸收性質(zhì)進(jìn)行了表征和研究。Z掃描技術(shù)是基于基模高斯光束的空間光束畸變的原理，利用光束橫向效應(yīng)來(lái)測(cè)量材料光學(xué)非線性性質(zhì)。利用獲得的兩種材料在1064和532nm波長(zhǎng)下的閉孔和開(kāi)孔歸-化Z掃描透過(guò)率曲線，通過(guò)數(shù)據(jù)擬合可以計(jì)算出材料的非線性折射率，非線性吸收系數(shù)和三階非線性極化率。結(jié)果表明，BBDT材料的溶液和薄膜均表現(xiàn)

6、出自聚焦性質(zhì)，即非線性折射率n2為負(fù)值；CtAu材料的溶液和薄膜均表現(xiàn)出自散焦性質(zhì)，即非線性折射率n2為正值。
　　 第三，通過(guò)運(yùn)用Z掃描技術(shù)對(duì)BBDT和CtAu材料的溶液與聚合物復(fù)合薄膜在1064和532nm波長(zhǎng)下的非線性折射和非線性吸收性質(zhì)的表征和研究，得到一系列研究結(jié)論：激光脈沖寬度(1064nm時(shí)，脈沖寬度為20ps:532nm時(shí)，脈沖寬度為14ps)小，重復(fù)頻率(10Hz)低，因此熱效應(yīng)可以忽略，兩種材料的非線性折射率

7、來(lái)源于DMIT材料大π電子共軛結(jié)構(gòu)；CtAu材料由于金屬原子的引入，產(chǎn)生了金屬到配位體和配位體到金屬的電荷轉(zhuǎn)移態(tài)，導(dǎo)致其非線性光學(xué)系數(shù)比BBDT大；在共振波長(zhǎng)532nm處由于存在非線性吸收，因此，此處的三階非線性極化率比非共振波長(zhǎng)1064nm處的大；材料聚合物復(fù)合薄膜的非線性光學(xué)系數(shù)由于其表面局域場(chǎng)增強(qiáng)效應(yīng)比溶液的大；隨著薄膜摻雜濃度的增大，其非線性光學(xué)系數(shù)也隨之增大。通過(guò)對(duì)濃度1.0x10"3mol/L的CtAu/乙腈溶液的響應(yīng)時(shí)間的