聚(2-甲氧基-5-辛氧基)对苯乙炔的合成及其非线性光学特性的研究

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光电子科学推动下的信息和通讯技术的飞速发展,对光学器件提出了更高的要求,与光学器件性能密切相关的非线性光学材料随之蓬勃发展了起来。聚合物高分子材料PPV及其衍生物因其在高分子发光二极管(PLED)方面的应用而得到人们的广泛关注,其分子内部固有的兀键结构,不仅使其可以在发光方面表现出良好的特性,而且在非线性光学方面也表现出了较好的特性,因此,PPV类材料在非线性光学材料领域也成为人们研究的重要方向之一。同时,非线性折射率或克尔常数的大小是反映材料三阶光学非线性强弱的重要参数,测量材料的非线性光学系数也至关重要。 本文分析了聚合物高分子材料具有三阶非线性光学特性的微观机理,叙述了影响其三阶非线性光学特性的因素。通过脱氯缩合法合成了聚(2-甲氧基-5-辛氧基)对苯乙炔(MO-PPV),并分别用核磁共振波谱法、红外吸收光谱法、紫外-可见分光光度法等对其进行了结构表征;测量了样品的荧光光谱,分析了荧光产生的机理;热失重仪分析了材料的热稳定性,研究表明MO-PPV材料具有良好的热稳定性;溶解性实验发现材料在氯仿中溶解性较好;金相显微镜和原子力显微镜研究了薄膜的表面形貌,发现该材料的成膜性良好;材料的导电性研究表明,固体材料在掺杂下才可以表现出导电特性,而配成溶液的材料导电性因溶剂的不同而不同,并随溶解时间的长短发生变化。论文还测量并计算了溶液样品和薄膜样品的线性折射率、线性吸收系数,并在测量了薄膜紫外-可见吸收光谱的基础上,计算获得了薄膜光学禁带宽度约为2.09eV。 在非线性光学特性的研究中,从理论上推导了Z扫描法的三阶非线性光学系数的计算公式,建立了Z扫描光学实验系统,搭建了Z扫描实验光路,并在实验中用Labview语言编写程序实现了数据的自动采集,给实验带来了极大方便。在波长为532nm时对MO-PPV溶液和薄膜进行了Z扫描测量,通过观察Z扫描曲线可以发现溶液材料表现为自散焦效应,薄膜材料表现为自聚焦效应。经过分析计算可得,MO-PPV溶液的非线性折射率n<,2>=-1.78×10<-11>esu,非线性吸收系数β=2.99×10<-12>Cm/W,三阶非线性极化率x<(3)>=2.04×10<-11>esu;MO-PPV薄膜的非线性折射率,n<,2>=1.11×10<-1>esu,非线性吸收系数β=5.9×10<-11>cm/W,三阶非线性极化率x<(3)>=3.00×10<-7>esu。MO-PPV薄膜表现出了良好的三阶光学非线性特性。
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