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探讨材料有机π电子共轭化合物复合薄膜的三阶非线性光学性能毕业论文格式设置
代,人们对通信容量和通信速度的需求与日俱增,传统的电通信已经很难满足这种需求。作为光通信技术的代表,光纤通信技术因具有传输速率高、信息容量大、传输损耗小、抗电磁干扰能力强、保密性好以及节省资源等特点得到广泛的运用。目前的光纤通信系统中,在信号发送端和接收端都需要进行光信号与电信号之间的转换,而这些光/电、
摘要:现代社会已进入信息化时代,人们对通信容量和通信速度的需求与日俱增,传统的电通信已经很难满足这种需求。作为光通信技术的代表,光纤通信技术因具有传输速率高、信息容量大、传输损耗小、抗电磁干扰能力强、保密性好以及节省资源等特点得到广泛的运用。目前的光纤通信系统中,在信号发送端和接收端都需要进行光信号与电信号之间的转换,而这些光/电、电/光转换器件有着着切换速度慢、严重串话和高功耗等缺点,大大影响了系统的信号传输速度,形成了光纤通信系统中的“信息瓶颈”。为了解决这一不足,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、再生、光交叉连接、光分插复用和交换/选路,不需要任何光/电、电/光转换器件,以而大幅度提升信息的传输速度。全光开关是光交叉连接和光分插复用的关键器件也是波长变换的重要器件,所以是全光网络的关键器件之一。在军事上,潜艇因具有隐蔽活动和突然攻击能力,成为军事武器系统中的重要一环,但是潜艇在水下的通信联络以及探测能力比较差,利用无线电通信或者声频信道都不能保证进行可靠的通信。光通信技术中的蓝绿光通信因为通信波长在450~570nm范围,而海水对此波段的可见光吸收损耗极小,由此蓝绿光在海水里穿透能力强而且方向性好,蓝绿光通信已经成为潜艇与地面联络以及相互间联络的重要通信方式。但是蓝绿光通信需要发射端先用电信号来调制光信号,使激光器发射的光频强度随信息的变化而变化;接收端也要经光电检测器把光信号还原成电信号,由此也有着着光/电、电/光转换的瓶颈不足。随着蓝绿光通信探讨的深入,制造在蓝绿光通信领域运用的全光开关便相当重要。一种令人广泛关注的全光开关是利用材料的三阶非线性光学特性的非线性折射型全光开关。其工作原理是利用一束制约光产生材料的折射率变化,当信号光在材料中通过时就会带来相位的变化,以而实现开关动作。国际上关于全光开关的探讨,既有技术与结构方面的革新,又有新的材料的寻找和探讨。由于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讨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为运用波长,β为非线性吸收系数。三阶非线性光学材料必须满足|W|1且|T|1才适用于研制全光开关。由此,要求三阶非线性光学材料在工作波段的三阶非线性折射率要大,可以降低制约光的功率,避开对器件造成损伤;线性和非线性吸收系数要小,可以降低信息传输历程中的损耗,也能减小热效应的影响;响应速度要快,可以提升开关速度;物理化学性质要稳定,易于制作成波导器件。本课题组基于全光开关对材料的要求,致力于探讨和探讨具有高三阶非线性光学效应和超快响应速度的三阶非线性光学材料。通过对大量材料的探讨发现,查尔酮类和过渡金属1,3-二硫杂环戊烯-2-硫酮-4,5-二巯基(DMIT)类材料具有大的平面π电子共轭结构,在激光入射情况下π电子趋于离域,易发生极化和电荷转移,使材料具有较大的三阶非线性光学效应。尤其是DMIT类材料,由于共轭系统中引入了金属离子,金属离子与有机系统之间的电荷转移使整个共轭系统的电子离域性更强;再加上分子中的阴离子是富含硫的基团,可以在分子间形成有效的轨道重叠,使材料的响应速度快。本论文针对全光开关对材料三阶非线性光学性质的要求,以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。探讨并合成了十余种DMIT类材料和查尔酮类材料,利用激光Z扫描技术筛选出适用于1064nm波段的金属离子分别为Au和Mn的DMIT类材料;适用于532nm波段的查尔酮类材料中的NNDC。利用聚合物包覆旋涂法将两类材料分别与PMMA聚合物复合,制备成复合薄膜,采取Z扫描策略探讨了复合薄膜的三阶非线性光学性能,利用棱镜耦合、视频摄像和光谱技术等对复合薄膜的折射率、光吸收、热效应和光传输损耗等光学性能进行了系统地探讨。目的是寻找提升材料的三阶非线性折射率,降低线性和非线性吸收和提升复合薄膜光学质量的策略,为材料的最终器件化提供实验依据。本论文的探讨工作主要有以下几个方面:第一、探讨并合成了十余种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。首次报道了1,3-二硫杂环戊烯-2-硫酮-4,5-二巯基合金苄基三乙基铵盐(BTEAADT)、1,3-二硫杂环戊烯-2-硫酮-4,5-二巯基合镍苄基三乙基铵盐(BTEANDT)、二(1,3-二硫杂环戊烯-2-硫酮-4,5-二巯基)合锰四丁基铵盐(BAMDT)和(2E)-1-(2,4-二氯-5-氟苯基)-3-[4-二甲氨基)苯基]丙-2-烯-1-酮(NNDC)等新型光学材料的晶体结构、线性吸收等物理化学性质。第二、搭建了探讨材料三阶非线性光学性质的Z扫描实验装置和探讨复合薄膜光传输损耗的视频摄像装置,并在数据处理等方面做了改善。Z扫描策略是探讨材料三阶非线性光学性质的常用策略,具有实验装置简单,测量灵敏度高,并能区分三阶非线性折射和非线性吸收等优点。本论文对Z扫描策略进行了详细探讨,并自行搭建了一套Z扫描实验装置,用Labview图形语言编写了自动制约数据采集和平移导轨移动的程序,用Mathcad编写了处理实验数据的程序,缩短了实验时间,提升了数据采集和结果浅析的准确性。视频摄像法是能简便、准确探讨复合薄膜光传输损耗的策略。本论文建立了视频摄像实验装置,利用C语言编写了处理实验数据的程序,探讨了复合薄膜的光传输损耗。第三、探讨了DMIT类材料的中心金属离子和外部阳离子对材料三阶非线性光学性质的影响。利用激光Z扫描策略探讨了Au(dmit)2、Ni(dmit)2、Mn(dmit)2等材料的三阶非线性光学性质,经计算得到了材料的非线性折射率、非线性吸收以及分子二阶超极化率等光学参数,和全光品质因子等性能参数。通过对材料性质的探讨,得到了一些重要探讨结果:1, DMIT类材料的三阶非线性光学性质与材料中心金属离子密切相关。在1064nm处,Au(dmit)2材料体现出自散焦效应,非线性吸收效应可以忽略;Ni(dmit)2材料体现出自聚焦效应,非线性吸收效应为饱和吸收;Mn(dmit)2材料体现出自聚焦效应,非线性吸收效应可以忽略。进一步计算得到Au(dmit)2和Mn(dmit)2材料的三阶非线性光学参数满足全光开关对材料品质因子的要求,而Ni(dmit)2材料则因|T|1而不满足要求。2, DMIT类材料的三阶非线性光学性质与材料外部阳离子有一定联系。在1064nm处,具有相同中心金属离子的BTEAADT、1,3-二硫杂环戊烯-2-硫酮-4,5-二巯基合金三苯基乙基膦盐(TPEPADT)、1,3-二硫杂环戊烯-2-硫酮-4,5-二巯基合金四丙基铵盐(TPAADT)和1,3-二硫杂环戊烯-2-硫酮-4,5-二巯基合金四乙基铵盐(TEAADT)等Au(dmit)2材料体现出相似的非线性折射性质,但是因为阳离子的不同而具有不同的三阶非线性折射率。第四、探讨了DMIT类材料的三阶非线性光学性质与外部条件(激光波长、光强)的联系。1,同种材料在探讨波长处于

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