偶氮聚合物材料的非線性光學(xué)機(jī)制手光致各向異性研究.pdf

1、非線性光學(xué)在近年來得到迅速的發(fā)展，其在光通訊、光信息處理、光存儲和激發(fā)技術(shù)等方面展現(xiàn)出極大的應(yīng)用前景。尋找具有巨大而快速的非線性光學(xué)響應(yīng)的材料成為這一領(lǐng)域最重要的課題之一。偶氮材料就是具有優(yōu)異非線性光學(xué)響應(yīng)材料的典型代表。偶氮材料具有共軛結(jié)構(gòu)，易于合成加工，具有較高的分子穩(wěn)定性，而且偶氮材料在較寬波段的激光照射下，會顯現(xiàn)出顯著的光學(xué)各向異性。這使得偶氮材料不僅在非線性光學(xué)領(lǐng)域得到廣泛研究和應(yīng)用，而且可以應(yīng)用于光學(xué)存儲等方面。本文主要研究

2、了偶氮聚合物材料非線性光學(xué)響應(yīng)特性，重點(diǎn)討論了其非線性光學(xué)機(jī)制，并對偶氮材料獨(dú)特的光致各向異性進(jìn)行了研究。
　　 第一章，對非線性光學(xué)和非線性光學(xué)材料進(jìn)行了介紹。并對二階、三階非線性光學(xué)的一些應(yīng)用和研究方法進(jìn)行了總結(jié)和介紹。本章第二部分簡述了偶氮材料的非線性光學(xué)特性和光致異構(gòu)特性。第三部分列舉了可以導(dǎo)致三階非線性光學(xué)響應(yīng)的幾種物理機(jī)制，并對偶氮分子的三階非線性機(jī)制進(jìn)行了初步說明。最后，指出了本論文的結(jié)構(gòu)和創(chuàng)新點(diǎn)。
　　

3、第二章，介紹了偶氮聚合物材料的特性，包括普通光學(xué)性質(zhì)、熱穩(wěn)定性、溶解性等，特別對偶氮聚合物材料的非線性光學(xué)特性和光致異構(gòu)特性進(jìn)行了進(jìn)一步闡釋。然后對研究非線性光學(xué)特性的z掃描方法，特別是表征光致異構(gòu)特性的光致二向色性和光致雙折射的實(shí)驗(yàn)方法進(jìn)行了論述。
　　 第三章，對測量材料三階非線性最常用的方法-Z掃描方法，進(jìn)行了理論和實(shí)驗(yàn)方法介紹，對Z掃描近年來的理論和應(yīng)用進(jìn)展進(jìn)行了梳理回顧。并基于這些新的方法進(jìn)展，利用衍射理論模型對近to

4、p-hat光束的z掃描方法進(jìn)行了理論推導(dǎo)和計(jì)算討論。然后，對我們實(shí)驗(yàn)室的脈沖激光Z掃描系統(tǒng)的搭建，包括設(shè)計(jì)思路，Labview編程設(shè)計(jì)等進(jìn)行了簡要的敘述，并使用標(biāo)準(zhǔn)樣品CS2對我們的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)進(jìn)行了驗(yàn)證。
　　 第四章，對三種材料：樹枝狀含偶氮液晶分子、一系列不同側(cè)鏈鏈長的偶氮液晶分子以及一系列含有不同取代基團(tuán)的偶氮聚合物分子的三階非線性光學(xué)特性進(jìn)行了研究。使用不同激發(fā)光源條件(不同激光脈沖寬度和不同波長)，以及不同分子環(huán)境(溶液

5、、薄膜兩種狀態(tài))，對其三階非線性光學(xué)特性以及非線性來源的物理機(jī)制進(jìn)行了研究。對較長脈沖下的熱致非線性進(jìn)行了計(jì)算，特別對跟分子結(jié)構(gòu)有關(guān)的非共振電子效應(yīng)導(dǎo)致的非線性進(jìn)行了詳細(xì)分析，指出生色團(tuán)密度、生色團(tuán)聚集態(tài)、生色團(tuán)所在鏈長、取代基等因素對線性吸收譜以及三階非線性的影響，并對偶氮分子特有的順反異構(gòu)導(dǎo)致的光學(xué)非線性進(jìn)行了初步討論。
　　 第五章進(jìn)一步詳細(xì)研究了偶氮分子順反異構(gòu)導(dǎo)致的光致各向異性。首先選用甲基橙摻雜PVA薄膜，用不同偏振

6、態(tài)的激發(fā)光源，研究了其三階非線性折射特性，指出不同偏振態(tài)會影響其順反異構(gòu)循環(huán)，導(dǎo)致光致取向效應(yīng)的差異，最終影響三階非線性折射指數(shù)。然后選用一種離子型偶氮液晶分子薄膜，對其表征光致各向異性的另外兩個參數(shù)：光致二向色性和光致雙折射進(jìn)行了研究和分析。特別指出了這種偶氮分子光致雙折射對泵浦光強(qiáng)度的響應(yīng)和在關(guān)閉泵浦光之后的反向弛豫特性。我們還選用之前的樹枝狀偶氮液晶分子，用皮秒和連續(xù)兩種激發(fā)光源，對其雙折射特性進(jìn)行了研究和對比。
　　 第

7、六章首先，為了進(jìn)一步研究π共軛聚合物材料的三階非線性響應(yīng)和機(jī)制，本文選用了一系列的聚噻吩樣品進(jìn)行了研究。結(jié)果表明π共軛鍵的強(qiáng)度、π共軛密度、分子對稱性、π共軛鍵的鏈長以及D-π-A結(jié)構(gòu)鏈上不同的取代基，對于三階非線折射的大小都有影響。然后，金屬納米顆粒摻雜在偶氮分子材料中可以導(dǎo)致非線性響應(yīng)的增強(qiáng)。為了更深入探究金屬納米顆粒增強(qiáng)機(jī)制，本章對銀納米顆粒水溶液的三階非線性特性和熒光特性進(jìn)行了研究。不同波長下激發(fā)的熒光特性的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明納米顆粒