金属多硫配合物复合薄膜的三阶非线性光学特性及机理研究

本申请针对全光开关器件对材料的要求，制备多种三阶非线性折射率大、响应速度快、线性和非线性吸收小及物理化学和热稳定性高的有机功能材料；改变配体、金属离子及晶体结构，进一步探索优化材料性能，用分子轨道、配位键等理论研究材料具有高三阶非线性光学性能的机理，深入研究基元、结构与性能之间的规律；改进薄膜制备方法，制作掺杂浓度高、光学均匀性好的纳米晶聚合物复合薄膜；完善波导材料的光学和三阶非线性光学性能的测试表征技术，利用纳秒、皮秒、飞秒等光源全面表征材料的性能，准确获取其非线性折射率、非线性吸收及响应时间等性能参数，为材料性能优化和波导器件设计提供依据，为新型全光开关器件的研究奠定基础；采用多种手段，研究薄膜样品的全光开关性能，为进一步研究提供参考，为将来硅基波导器件的设计奠定基础。

目前的光纤通信系统中，电光器件的存在大大影响了系统的信号传输速度。为此，人们提出了“全光网络”的概念，它利用各种光学器件来实现信息的传输和交换等。全光开关是全光网络的关键器件之一。一种令人广泛关注的全光开关是利用材料的三阶非线性折射制作的全光开关。目前还没有找到非常理想的适用于全光开关器件制备的非线性光学材料，所以新型非线性光学材料的探索和合成显得尤为重要。通常人们用两个品质因子来衡量材料是否适用于研制全光开关：W = n2I/α0λ和T = βλ/n2,其中n2为三阶非线性折射率，I为激光光强，α0为线性吸收系数，λ为应用波长，β为非线性吸收系数。三阶非线性光学材料必须满足½W½>>1且½T½<<1才适用于研制全光开关。. 本课题的研究工作主要有以下几个方面：.第一、探索并合成了多种DMIT类和查尔酮类有机π电子共轭化合物新材料。其中中心金属离子为Mn的Mn(dmit)2材料为首次合成。. 第二、搭建了研究材料三阶非线性光学性质的Z扫描实验装置，并在数据处理等方面做了完善。.第三、研究了DMIT类材料有机溶液的三阶非线性光学性能，分析了中心金属离子和外部阳离子等对材料三阶非线性光学性质的影响。.第四、采用旋涂法制备了Au(dmit)2/PMMA、BBDT/PMMA和NNDC/PMMA复合薄膜。用激光Z扫描方法研究了它们的三阶非线性光学性质，并讨论了复合薄膜的非线性基元和掺杂质量比的不同对复合薄膜的三阶非线性光学性质、折射率和光吸收等光学性能的影响。.第五、合成了部分材料的纳米晶颗粒。.本研究针对全光开关对材料三阶非线性光学性质的要求，从材料内部结构与外部条件两方面探讨了影响材料三阶非线性光学性质的各项因素。研究了具有大的平面π电子共轭结构的查尔酮类和过渡金属DMIT类材料，研究了具有不同金属离子的材料、具有同种金属离子和不同阳离子的材料、同种材料在不同激光强度和波长下的非线性光学现象，揭示了阳离子和金属离子对材料三阶非线性光学效应的影响。发现Au(dmit)2材料、、BBDT和NNDC具有三阶非线性折射率大、线性和非线性吸收系数小及响应速度快的特点，分别可以满足光纤通信和蓝绿光通信中全光开关对材料品质因子的要求。系统研究了复合薄膜的非线性基元和掺杂质量比对复合薄膜的线性和非线性光学性能的影响，找到了一些解决问题的有效方法和途径，为下一步