有机三阶非线性光学材料的研究进展

非线性光学材料在图像处理、全光开关、光学存储和记忆系统等领域有着较大的应用潜力,近年来对三阶非线性光学聚合物材料的研究成为研究工作中的热点。分类介绍了各种有机三阶非线性光学聚合物的合成、结构与性能的最新研究进展,评述了三阶非线性光学性能表征技术的研究状况,展望了有机三阶非线性光学材料的前景和存在的问题。

有机三阶非线性光学材料的研究进展/ 4鸿汀等

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有机三阶非线性光学材料的研究进展 浦鸿汀，刘玲

(同济大学材料学院功能高分子研究所，上海 2 0 9 ) 0 0 2摘要非线性光学材料在图像处理、全光开关、学存储和记忆系统等领域有着较大的应用潜力，光近年来对三阶非线性光学聚合物材料的研究成为研究工作中的热点。分类介绍了各种有机三阶非线性光学聚合物的合成、结构 与性能的最新研究进展，评述了三阶非线性光学性能表征技术的研究状况，望了有机三阶非线性光学材料的前景和展 存在的问题。

关键词

三阶非线性光学表征极化聚合物进展

Ad a c n Re e r h a d De eo v n e i s a c n v lpm e t fThid o d rNo lne rOp ia lm e s n so r - r e n i a tc lPo y r PU ng i Ho tng。 U ng LI Li (nt ue f u ci a P lme, co l f tr l S i& E g, o gi ies y h n h i 0 0 2 Isi t o n t n l oy r Sh o eisc . t F o o Ma a n . T njUnvri,S a g a 2 0 9 ) t Ab t a t sr c W i h a i e eo me t f pia o t terpdd v lp n so tcl mmu iaintc nq e,t ido d rn n ie ro t a l h o c nc t e h iu s hr - r e o l a p i l— o n c p o

m r t r c r n r te to . n t i a e,t e r c n e eo me t n h ss t u t r r p r iso y e s a t a tmo ea d mo ea t n i n I h s p p r h e e td v lp n f y t e i,s r c u e a d p o e te f o s n

t ido d rn nie ro t a oy e si u hr - re o l a p i l l n c p m r s mma ie .Th to ftec a a tr aino hr - r e o ie ro t s r d z emeh do h h r cei t n t ido d rn n n p i z o l a - c l r p r is i c mm e t d a o e te s o p n e .Th u u

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t i - r e o l e ro t a,c aa tr ain,p l l e,a v c hr o d rn ni a p i l h rce i t d n c z o o e p y r da e d o m n

随着以光子学为中心的信息时代的到来，具有特殊信息处理功能和超快响应的光电材料成为未来信息材料发展的主体。 激光倍频发现 4年来， 0非线性光学 ( O)了很大发展， NL有已成为光电子学的前沿领域之一。非线性光学材料在图像处理、全

介质粒子极化产生电偶极子所需的时间比较短。共轭聚合物 具有良好的电学性质、光学性质以及机械性能和加工性，有希望

用于制造如化学传感器、光泵塑性激光、光发散二极管和光电芯片等器件[。共轭聚合物用作非线性光学材料始于 1 7 3 3 9 6年 Suee等E发现的含有对甲苯磺酸取代基的聚二乙炔( D a trt 4] P A- P ) TS晶体具有很大的三阶非线性光学性能。一般认为三阶非

光开关、光学存储和记忆系统等领域有着较大的应用潜力，近年来对三阶非线性光学聚合物材料的研究逐渐引起了人们的重 视。非线性光学是强光光学，究的是物质在强光作用下产生研的输出光场强度与原入射光的非线性关系。非线性光学材料在

线性光学响应与体系的离域电子结构有关，而且离域长度增加会明显地提高三阶极化系数。在研究共轭聚合物三阶非线性光学性能的机理方面，具有代表性的是 Di t s出的共轭聚 x等E提 i]合物的电子态模型，该模型成功地解释了共轭体系中包括非线 性光学过程和光激发态的动态行为在内的各种光学过程。文献

强光作用下，其极化强度 P是光波电场 E的非线性函数： i

P— E∑ ( E=E (‘+ E+ a0 3… ) 0 J j 0 7 E ‘ 2/’+ E 1’ ’ ’ ’

E 0为真空介电常数， J(一1 2…) J阶电极化率，中最重 【 ,,为 其 要的是 x’ x , 和。项它们分别与二阶及三阶 NL O效应相联系。 分子水平的微观电极化强度 P可表示为： P= e ( E+ o

口++…)

已报道的共轭聚合物三阶非线性光学材料有聚二乙炔 ( DA) P、 聚苯胺 ( AN )聚噻吩() h、 P 1、 Ir )聚吡咯、乙炔 ( A)聚苯乙炔，聚 P、

(P、 P V)聚丙烯腈及其衍生物等。] 聚二乙炔 ( D的通式为七 c CC - R 3 一般情况 P A)— - R=C z -,下，、为同一种取代基团。P A是唯一一类由二乙炔单晶 R。 D通过固相聚合形成的单晶聚合物[。Wen r]固相聚合的 7] g e￣用。方法得到了 P A单晶， D并用此法得到晶体薄膜和 L B膜。2世 O纪 9年代初 S z o i 9采用 L O uu k等E] B膜技术制备了聚 (0 1一 1,2二十五一二炔酸 )薄膜，并且采用三次谐波方法测量了三阶 NL O极化率 Y 0的值约为 3 0 eu×1 s。目前 P A的。值只在 1 D’ O ~

a 8丫分别为分子的线性极化系数和二阶、阶极化系数。传，,三统的非线性光学材料以 LN O、 04 i b a KHz P等无机非线性光学材 料为主。有机非线性光学材料与无机非线性光学材料相比，具

有非线性光学系数大、响应速度快、光学损伤阈值高、流介电直常数低等优点[, 1其中聚合物非线性光学材料由于分子可设计]性、高机械强度、良好化学稳定性等优点使其日益受到重视。合成具有优良光学性能、稳定性和加工性能的新型有机三阶热 NL O材料是当前十分活跃的研究领域[。 2]

1 eu间[很多研究者从分子设计的角度研究如何提 O s之 1,

高其三阶 NL O极化率。王江洪等[] 1从提高电子共轭长度， 1 在 NL O功能团两端分别引入推一电子基团的角度考虑，成拉合 了一系列 P A类衍生物，用 D WM测量了三阶 NL D并 F O极化

1有机三阶 N O材料的主要种类和特点 L 1 1共轭型聚合物 . 共轭型聚合物由于主链上电子的离域化，电荷易于移动，

率，测得二阶超极化率丫值在 1。 0 eu之间。类似地， O~1。s Cue等口 ili合成了一系列具有共轭结构的给体一受体取代 P A D

浦鸿汀：,9 6年生，男 16博士，教授，博士生导师，主要从事功能高分子材料的研究 Emalp h n t g og￣ dL a - i u 0g i@tn i e L c

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