新型二苯乙烯衍生物非線性光學(xué)材料的多光子吸收及應(yīng)用.pdf

1、本文主要研究了新型二苯乙烯衍生物的分子設(shè)計(jì)、合成與多光子吸收的性質(zhì)，以及作為非線性光學(xué)材料在雙光子聚合及三維微器件加工、雙光子光漂白及三維數(shù)據(jù)光存儲(chǔ)和三光子吸收光限幅等方面的應(yīng)用，主要內(nèi)容如下： 1.設(shè)計(jì)、合成并表征了系列新型二苯乙烯衍生物4，4'-雙(二苯氨基-反式-苯乙烯基)聯(lián)苯(BPSBP)、4，4'-雙(二乙氨基-反式-苯乙烯基)聯(lián)苯(BESBP)和4，4'-雙(9-咔唑基-反式-苯乙烯基)聯(lián)苯(BCSBP)。用溶致變色

2、的方法研究了該系列生色團(tuán)的單光子吸收和熒光光譜性質(zhì)，揭示了在激發(fā)態(tài)時(shí)分子內(nèi)扭曲的對(duì)稱電荷轉(zhuǎn)移的本質(zhì)，有利于電荷在共軛體系中的離域，并用Lippert方程計(jì)算發(fā)現(xiàn)分子從基態(tài)到激發(fā)態(tài)的躍遷過程中有較大的偶極矩變化。雙光子熒光光譜顯示單光子和雙光子吸收盡管在受激躍遷時(shí)的激發(fā)過程和選擇定則不同，但發(fā)射具有相同的機(jī)理。熒光強(qiáng)度與激發(fā)光強(qiáng)之間的二次方關(guān)系表明該過程中的熒光發(fā)射是由雙光子吸收引起的。雙光子吸收截面(σ2)的測(cè)量采用雙光子誘導(dǎo)的上轉(zhuǎn)換熒

3、光法，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)在800nm飛秒激光的泵浦下三種雙光子生色團(tuán)具有較大的吸收截面，對(duì)于BPSBP、BESBP和BCSBP分別為892、617和483GM，意味著它們?cè)陔p光子吸收領(lǐng)域有潛在的應(yīng)用價(jià)值。 2.將合成的三種二苯乙烯衍生物作為雙光子引發(fā)劑引發(fā)季戊四醇三丙烯酸酯單體進(jìn)行雙光子聚合，研究了雙光子引發(fā)劑濃度對(duì)聚合引發(fā)閾值、聚合極限閾值和聚合能量窗口的影響，并比較了三種雙光子引發(fā)劑引發(fā)聚合的能力。獲得最小的雙光子聚合引發(fā)閾值為1.7

4、×105mJ/cm2，遠(yuǎn)低于使用紫外光引發(fā)劑進(jìn)行雙光子加工的材料。研究發(fā)現(xiàn)降低雙光子引發(fā)劑濃度、激發(fā)光強(qiáng)和曝光時(shí)間有利于分辨率的提高，而提高雙光子引發(fā)劑濃度、激發(fā)光強(qiáng)和曝光時(shí)間得到的聚合線條尺寸較大。綜合影響聚合分辨率、系統(tǒng)加工效率和微器件表面質(zhì)量的因素，在優(yōu)化的雙光子聚合及加工條件下成功制作出了亞微米級(jí)的微齒輪和周期微結(jié)構(gòu)等三維微器件并用電鏡進(jìn)行了表征，并初步探討了雙光子引發(fā)聚合的機(jī)理。 3.利用雙光子生色團(tuán)在飛秒激光下的雙光

5、子光漂白現(xiàn)象，以漂白前后兩個(gè)不同的穩(wěn)定狀態(tài)作為數(shù)據(jù)位0和1，在摻雜有三種二苯乙烯衍生物的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)聚合物薄膜內(nèi)進(jìn)行了多層數(shù)據(jù)光存儲(chǔ)，理論最大存儲(chǔ)密度可達(dá)14Gbits/cm3。比較了三種生色團(tuán)的雙光子漂白能力，較大的雙光子吸收截面有助于在較低的激發(fā)功率下實(shí)現(xiàn)光漂白，并分析了激發(fā)功率對(duì)雙光子熒光行為的影響。雙光子漂白光存儲(chǔ)的特性表明曝光時(shí)間一定時(shí)，降低激發(fā)功率可以提高分辨率；激發(fā)功率不變，降低曝光時(shí)間也可以提高分辨率，但

6、要提高存儲(chǔ)速度，須用較大的激發(fā)功率。所以我們采用較大的激發(fā)功率的激發(fā)功率和較短的曝光時(shí)間，分別用雙光子寫入、雙光子讀出方法和雙光子寫入、單光子讀出方法在BPSBP摻雜PMMA薄膜內(nèi)部實(shí)現(xiàn)了多層三維雙光子漂白信息存儲(chǔ)。雙光子光漂白速率對(duì)激發(fā)功率的三次方的依賴關(guān)系研究表明，雙光子光漂白的機(jī)理涉及到三個(gè)光子的共同作用。 4.研究了三種二苯乙烯衍生物在三氯甲烷溶液中的非線性吸收引起的光限幅效應(yīng)，并根據(jù)三光子吸收理論和光限幅曲線擬合出了三