基于有机-无机复合基质材料的对称三进制全光信息处理材料与器件研究

All-optical symmetric ternary data processing and recording material and device based on organic-inorganic matrix system will be performed in this project, combining with sol-gel technique to prepare the thin films for the investigation of optical properties. And then, by employing UV-cured imprint technique, all-optical symmetric ternary data processing device will be designed. The research task is arranged as follows: (1) Proposing a controllable standard preparation process by improving all the preparation parameters to achieve better fundamental characteristics as thin films; (2) By employing Kerr shutter technique and Z-scan technique, the third-order nonlinear properties at different wavelengths will be investigated. Parameters including nonlinear refractive index, nonlinear absorption coefficient and response time will be investigated. By the results of this, the parameter of the lasers which are suitable for generating the nonlinearity of the as-prepared films could be determined. (3) By employing suitable parameters of the lasers, an experimental arrangement will be proposed for the investigation of all-optical symmetric ternary data processing and recording measurement; (4) Referring the common M-Z configuration all-optical data processing device, optical path difference will be calculated for the mask. And then, Proposing a configuration for all-optical symmetric ternary data processing device by combining the UV-cured imprint technique.

本课题以基于有机-无机复合基质材料的对称三进制全光信息处理材料与器件为研究目标，拟利用低温溶胶-凝胶法与旋涂法制备薄膜，对材料的光功能特性进行研究，再结合紫外软压印技术设计出三进制全光信号处理器件结构。主要的研究内容包括：（1）通过优化多重功能染料共掺杂的有机-无机复合材料薄膜制备过程中各项参数，使其成膜性、基础光功能特性等达到最佳状态，提出可控可调的工艺流程；（2）通过设计并搭建三阶非线性特性测试光路，获得不同波长下薄膜三阶非线性响应时间、非线性折射率与吸收率等参数，分析获得可以激发材料优良非线性特性响应的激光波长范围；（3）搭建对称三进制全光信号处理测试光路，结合理论分析与实验过程确定合适的激光参数与器件参数，完成薄膜样品对称三进制全光信号处理的光功能；（4）设计具有光程差的多输入条形光波导掩模版，结合紫外纳米软压印技术，制备具有对称三进制全光信息处理功能的器件。

本项目研究了基于有机-无机复合基质材料的对称三进制全光信息处理材料与器件，利用低温溶胶-凝胶法与旋涂法制备薄膜，对工艺参数进行了研究，对材料的基础特性以及光功能特性进行了表征，再结合紫外软压印技术设计了几种具有全光信息处理能力的器件结构。主要的研究内容包括：（1）通过溶胶-凝胶方法结合旋涂法制备得到了功能染料掺杂的TiO2/ormosils有机-无机复合薄膜。实验结果表明，200oC低温处理条件下即可得到染料掺杂的光功能薄膜，通过优化薄膜制备过程中各项参数，使其成膜性、基础光功能特性等达到最佳状态，提出一套可控可调的工艺流程标准；（2）通过设计并搭建三阶非线性特性测试光路，获得薄膜三阶非线性响应时间、非线性折射率等参数，分析出掺杂了4-羟基偶氮苯与分散红1掺杂入有机-无机复薄膜样品UV-vis吸收光谱图对330nm以及505nm附近波长的光源敏感，在其作用下会发生相应的光致结构异构化；通过添加内反馈作用采用与M-Z相干仪类似的光路装置，研究了分散红染料掺杂的有机-无机复合薄膜在532 nm波长激光作用下表现出光学双稳态特性，结果表明，有机-无机复合基质材料以其致密的结构和灵活的性能调节方式，在光存储与光记忆领域内具有巨大的潜力。搭建了多输入波长的对称三进制全光信号处理测试光路，结合理论分析与实验过程确定具体的激光波长为355nm与532nm，选择了合适的器件参数，完成对称三进制全光信号处理的光功能测试表征，具有良好的全光信息处理能力，有效增加了光信息处理密度；（3）通过接触式光学光刻方法制备得到具有条形光波导与透镜阵列结构的光刻胶母版，然后通过紫外软压印技术将图形结构转移到光敏复合薄膜上，制备出多种具有全光计算特性的光学器件。