用于太赫兹波产生和探测的有机非线性光学晶体材料的开发和性能研究

With the rapid development of THz science and technology and its applications in various fields, a great deal of attention is being paid to the related research recently. Nonlinear optical organic crystals have a good prospect in THz generation and detection due to their excellent nonlinear optical properties. This project intends to develop new nonlinear optical organic crystal materials with high second-order nonlinear optical effect and low THz absorption, aims to develop organic crystals and thin films for application in THz generation and detection. Organic salt chromophores will be designed and synthesized by extending or varying the conjugated structures and zwitterionic molecules will be developed to get molecules with high nonlinear optical properties. It is expected to transform the large nonlinear coefficient of the microscopic function groups into high macroscopic nonlinear optical properties through adjusting the crystal packing. The crystal growth methods and conditions will be investigated by growing organic crystals and thin films with different methods such as solution growth, melt growth and so on. The linear and nonlinear optical properties of organic nonlinear optical crystals and thin films will be studied. The THz generation and detection properties of organic crystals and thin films will be characterized to explore the mechanism of the occurrence, oscillation and amplification of THz radiation.

太赫兹技术近年来得到了快速发展并在前沿科学研究及技术应用等诸多领域扮演着引人注目的角色。凭借优异的非线性光学性能，有机非线性光学晶体在太赫兹波的产生和探测方面显示了良好的应用前景。本申请项目拟开发具有大非线性系数、高结晶性、低太赫兹波吸收系数的有机非线性光学晶体材料并研究其生长的晶体和薄膜的太赫兹波产生和探测性能。具体方案包括设计合成具有阴阳离子二元结构的有机盐类生色团，通过延长共轭、采用不同的共轭结构乃至引入阴阳同体分子等方法对组成生色团的阴阳离子进行修饰设计，希望通过改变分子结构调整其晶格堆砌，将微观功能基元的大非线性光学系数转化为宏观的大非线性光学性能；通过溶液法、熔融法、毛细管法等方法进行有机晶体和薄膜的生长工作, 探索有机晶体及薄膜生长的最佳方法和条件；测试所得到的非线性光学有机晶体和薄膜的线性、非线性光学性能及太赫兹波产生和探测性能并探索太赫兹辐射发生、振荡和放大的机理。

太赫兹技术近年来得到了快速发展并在前沿科学研究及技术应用等诸多领域扮演着引人注目的角色。有机非线性光学晶体在太赫兹波的产生和探测方面显示了良好的应用前景。本项目着眼于开发具有大非线性系数、高结晶性、低太赫兹波吸收系数的有机非线性光学材料，研究其生长的晶体和薄膜的太赫兹波产生和探测性能。具体方案包括设计合成具有阴阳离子二元结构的有机盐类生色团，通过延长共轭、采用不同的共轭结构乃至引入阴阳同体分子等方法对组成生色团的阴阳离子进行修饰设计，希望通过改变分子结构调整其晶格堆砌，将微观功能基元的大非线性光学系数转化为宏观的大非线性光学性能；通过溶液法、熔融法、毛细管法等方法进行有机晶体和薄膜的生长工作, 探索有机晶体及薄膜生长的最佳方法和条件；测试所得到的非线性光学有机晶体和薄膜的线性、非线性光学性能及太赫兹波产生和探测性能并探索太赫兹辐射发生、振荡和放大的机理。取得的主要成果包括：1）设计合成了一系列具有高效非线性光学特性的D-π-A型苯并[e]吲哚碘盐；2）将上述合成出的非线性光学材料用于晶体生长，得到了二维尺度大于1厘米的非线性光学有机晶体和有机晶体薄膜；3）采用非线性光学差频方法测试晶体和薄膜的太赫兹辐射产生和探测性能。同时，采用开发的有机晶体研制了太赫兹发射源的原理型样机，为进一步开发国产的便携式可调谐太赫兹发射源奠定了坚实的基础。本工作为开拓有机非线性光学材料在太赫兹领域的应用进行了系统的研究，所取得的成果对基于此类材料的太赫兹产生和探测装置的开发具有良好的借鉴意义。