含不同位阻基团杂化非线性光学材料的合成及其性能研究

摘要

非线性光学(NonlinearOptics，NLO)材料是现代激光技术、光学通信、光子计算和光学储存等高新技术产业中重要的物质基础，对光电子和光子技术的发展具有不可或缺的作用。无机-有机杂化非线性光学在过去的几十年得到广泛的研究和迅速发展。它将有机生色团分子与无机基质在分子水平融为一体，兼具二者的性能优势，实现功能互补和协同优化。本文首先介绍二阶非线性光学效应的基本原理，分别叙述了各种二阶非线性光学材料的研究发展，着重对极化聚合物材料和无机-有机杂化材料的研究发展进行介绍，探讨了分子工程、基质间相互作用对非线性光学材料设计的指导意义。
　　设计、合成两种含不同性质取代基团的功能化偶氮硅氧烷染料(ICTES-FB、ICTES-EH)。产物分子结构经核磁共振、元素分析和红外光谱确认。将其与正硅酸乙酯(TEOS)通过溶胶-凝胶法制备了杂化光学薄膜，当带有刚性氟苯位阻基团生色团的浓度为40mol％时，薄膜具有最佳的二阶非线性性能，其d33值达140.5pm/V。当生色团分子带有位阻基团，特别是较大体积的位阻基团，可以有效减小偶极分子间的静电作用，提高生色团分子的有效掺入浓度，增强杂化材料的非线性性能。这为利用位阻基团设计生色团分子以制备具有良好宏观二阶非线性光学性能杂化材料提供依据和途径。
　　通过硫醇化修饰CLD生色团得到四种四烯桥环基硅氧烷染料(ICTES-PTA、ICTES-PTB、ICTES-PTC和ICTES-PTD)。将硅氧烷染料与乙烯基三乙氧基硅烷(VTES)为先驱体制备杂化薄膜材料。含10mol％生色团PTB杂化薄膜表现出最高的d33值130.5pm/V，而含生色团PTD杂化薄膜的半衰温度达到127℃。研究分析了生色团分子各种键连方式、位阻形式对材料宏观性能的影响，揭示了二阶非线性光学杂化材料中结构-性能原则。
　　利用后功能化方法，将三枝生色团TCN和硅氧烷先驱体FTEOS制备DA交联的杂化薄膜材料。又将三枝生色团PTCN和TDR1直接成膜，聚合物F-PTCN的d33值为75.2pm/V。功能大分子在无机基质中具有良好的分散性，生色团分子的枝状结构和后功能化引入位阻基团硅氧网络使相均匀的杂化薄膜材料d33值最大达93.51pm/V，半衰温度可达到123℃。这种非线性光学杂化材料是二阶非线性光学材料的器件化发展新的选择。

目录

声明

摘要

第一章 绪言

1．1 研究背景与意义

1．2 本文的工作

第二章 二阶非线性光学材料研究进展

2．1 引言

2．2 二阶非线性光学效应

2．3 二阶非线性光学材料

2．3．1 无机非线性光学材料

2．3．2 有机非线性光学材料

2．3．3 极化聚合物

2．3．4 无机-有机杂化非线性材料

2．4 非线性生色团分子的设计

2．4．1 电子给体

2．4．2 电子受体

2．4．3 桥环和生色团

2．4．3 二阶非线性光学枝状分子材料

2．5 杂化二阶非线性光学材料展望

第三章 含氟苯基团偶氮生色团分子的合成及其杂化材料的制备

3．1 引言

3．2 实验部分

3．2．1 试剂和仪器

3．2．2 中间体的合成

3．2．3 生色团FB、EH的合成

3．2．4 硅氧烷染料ICTES-FB、ICTES-EH的合成

3．2．5 薄膜的制备

3．3 结果与分析

3．3．1 生色团及其硅氧烷先驱体的合成

3．3．2 产物分子的表征

3．3．3 线性光学性能

3．3．4 二次谐波信号的测量和计算

3．3．5 薄膜的非线性性能

3．4 本章小结

第四章 含不同多烯类生色团杂化材料的制备及其二阶非线性性能研究

4．1 引言

4．2 实验部分

4．2．1 试剂和仪器

4．2．2 多烯类硅氧烷染料的合成

4．2．3 薄膜的制备

4．3 结果与分析

4．3．1 生色团及其硅氧烷先驱体的合成

4．3．2 产物分子的表征

4．3．3 线性光学性能

4．3．4 薄膜的非线性性能

4．4 本章小结

第五章 杂化薄膜材料的后功能化制备及其二阶非线性性能研究

5．1 引言

5．2 实验部分

5．2．1 试剂和仪器

5．2．2 生色团PCN的合成

5．2．3 三枝生色团PTCN、TCN、TDR1的合成

5．2．4 硅氧烷先驱体FTEOS的合成

5．2．5 杂化薄膜的制备

5．3 结果与分析

5．3．1 生色团和硅氧烷先驱体的合成

5．3．2 产物分子及杂化薄膜的表征

5．3．3 线性光学性能

5．3．4 薄膜的非线性性能

5．4 本章小结

第六章 结论

参考文献

致谢

个人简历

攻读学位期间发表的学术论文与取得的其它研究成果