有機(jī)非線性光學(xué)材料(已修改)
2025-05-25 21:32 本頁(yè)面
【正文】 第四章 有機(jī)非線性光學(xué)材料 引言 非線性光學(xué)是研究在強(qiáng)光作用下物質(zhì)的響應(yīng)與場(chǎng)強(qiáng)呈現(xiàn)非線性的學(xué)科 ， 是現(xiàn)代光學(xué)的一個(gè)新領(lǐng)域 .與光場(chǎng)強(qiáng)有關(guān)的光學(xué)效應(yīng)稱為非線性光學(xué)效應(yīng) ， 它起源于激光與介質(zhì)的相互作用 .微觀介質(zhì) （ 如原子 、 分子 ） 與宏觀物質(zhì) （ 如晶體或粉末 ） 受光波照射后均將發(fā)生光頻電極化現(xiàn)象 ， 其感生極化強(qiáng)度 （ 依次為 p和 P）與入射光電場(chǎng) E的關(guān)系有相似的表達(dá)式： p = αE + βE 2 + γE 3 +…… P=x(1)E + x(2)E2 + x(3)E3 + …… 其中， α 和 x(1)、 β 和 x(2)、 γ 和 x(3)分別是微觀（ α 、 β 、 γ ）和宏觀 [x(n)]的線性、二階非線性和三階非線性極化系數(shù) 數(shù)值之間有如下關(guān)系： α 》 β 》 γ x(1)》 x(2)》 x(3) 一般光波 的電磁場(chǎng)很弱，上兩式中的第二項(xiàng)及以后各項(xiàng)可忽略， p（ 或 P） 與 E只呈現(xiàn)直線關(guān)系： p =αE 或 P=x(1)E .激光 是高強(qiáng)光，第二項(xiàng)乃至以后各項(xiàng)不再能忽略，因而導(dǎo)致了 p（ 或 P） 與 E的非線性關(guān)系 .其中第二項(xiàng)導(dǎo)致了倍頻效應(yīng)，又稱二次諧波發(fā)生（ SHG， Second Harmonic Generation） ,倍頻效應(yīng)是非線性光學(xué)效應(yīng)中最常見的一種，屬二階非線性光學(xué)效應(yīng)，倍頻材料則屬二階非線性光學(xué)材料 .其中第三項(xiàng)則導(dǎo)致了三倍頻效應(yīng)，又稱三階非線性光學(xué)效應(yīng)，其材料則屬三階非線性光學(xué)材料 式中奇數(shù)項(xiàng)系數(shù)不為零，對(duì)分子是否具有對(duì)稱性沒有要求 .對(duì)式中含偶數(shù)個(gè)電場(chǎng)分量的項(xiàng)來(lái)說，從對(duì)稱性分析可知 ,只有非中心對(duì)稱的分子，非線性光學(xué)系數(shù)才不為零 有機(jī)二階非線性光學(xué)分子設(shè)計(jì)和合成 有機(jī)二階 NLO分子的設(shè)計(jì)原則 作為有機(jī)二階 NLO材料設(shè)計(jì)、制備的基礎(chǔ)，有機(jī)二階 NLO分子的設(shè)計(jì)、合成研究顯得尤為重要 .有機(jī)化合物的 NLO效應(yīng)是由于非局域的 π 電子受激發(fā)所致，所以有機(jī) NLO分子都是強(qiáng)極性的 π 共軛體系 .分子設(shè)計(jì)原則如下 (1)分子不具有對(duì)稱中心 .(2)分子具有 π共軛的電子體系 .(3)分子內(nèi)存在電荷轉(zhuǎn)移 .(4)透明性和光學(xué)非線性性能比優(yōu)化 結(jié)構(gòu)特征：有電子給體 (D)、 受體 (A)和 π共軛體系的有機(jī)分子，即分子內(nèi)電荷轉(zhuǎn)移化合物。如： O 2 N N H 2C H 3 有機(jī)二階 NLO分子的合成 1）尿素及其衍生物； 2）間二取代苯衍生物； 3）芳香硝基化合物； 4）有機(jī)鹽； 5）芳雜環(huán)化合物及其衍生物； 6）含偶氮基團(tuán)的有機(jī)化合物； 7）金屬有機(jī)化合物 性能表征參數(shù)：二階非線性系數(shù) β ， SHG等 尿素及其衍生物 序號(hào) 化合物 SHG(粉末法 )* λ max/nm β/ 1030esu 1 200 2 3 *二階非線性有機(jī)材料 SHG活性的評(píng)價(jià)一般按粉末法進(jìn)行 ， 其強(qiáng)度用相對(duì)尿素的比值來(lái)表示 OH 2N N H 2OM e H N N H M eN O 2O 2 NNHNHON H 2 間二取代苯衍生物 間二取代苯比鄰位或?qū)ξ欢〈饺菀仔纬煞侵行膶?duì)稱結(jié)構(gòu)，符合 NLO分子的設(shè)計(jì)原則 . 目前研究了間二硝基苯 (β ～ 5KDP)， 間二苯酚(β ～ 2KDP)， 2， 4二氨基苯胺 (～ )，間羥基苯胺 (～ 3KDP)， 間硝基苯胺 (mNA)(β ～3KDP)等間二取代苯衍生物，盡管這些分子的β 值并不高，但其中 mNA的性能較好，其 SHG的轉(zhuǎn)換效率 (P(2w)/P(w))可達(dá) 65 %，引起了科學(xué)家的很大興趣 芳香硝基化合物 硝基苯類衍生物 SHG效應(yīng) 序號(hào) 結(jié)構(gòu)式 SHG效率 截止波長(zhǎng) β (粉末法 ) (λ/nm) ( 1030esu) 1 470 35 2 (MNA) 22 480 42 3 (MNA) 80 4 (DAN) 115 5 (DANS) 430～ 580 450 N H 2O 2 NN H 2O 2NC H 3N H C H 3O 2 NC H 3N (C H 3 )2O 2 NN H C O C H 3O 2 N N ( C H 3 ) 26 (NPP) 150 200 7 (BANP) 115 8 (NPAN) 140 9 40 10
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