（光学专业论文）有机聚合物光致异构光学逻辑门研究.pdf

摘要 有机聚合物光致异构光学逻辑门研究 专业名称 光学 学位申请人 李燕明 导师姓名及职称 佘卫龙教授 摘要 大容量全光光纤通信网络是未来光通信的主流发展方向 全光逻辑门是全光 网络信号处理中的关键器件 它可以实现全光信号提取 全光地址识别 全光解 复用以及全光开关等作用 另一方面 近年来 偶氮类有机聚合物材料因其具有 独特的光学特性而引起了人们的广泛关注 成为新型光学材料的研究热点 这种 材料最令人感兴趣的是它的光致顺反异构特性 本论文利用偶氮苯聚合物光致异 构这个独特性质设计光学逻辑门 我们以光致异构诱导光学各向异性作为切入 点 仔细研究了偶氮苯聚合物的光致双折射效应及其全光逻辑门效应 我们围绕有机聚合物光致异构这个主题 从实验上考察了主客掺杂型样品 p m m a d r l 和p m m a d r l 3 掺杂不同浓度偶氮生色团的光致双折射效应 分析 了有关实验现象 我们观察到 线一圆双偏振态泵浦光之间的转换 可分别对偶 氮苯薄膜样品的光致双折射进行写入及擦除操作 我们还发现偶氮苯薄膜样品光 致异构具有较快的时间响应与驰豫特性 适合用于设计全光逻辑门 此外 我们针对偶氮聚合物光响应问题 对材料的荧光动力学进行研究 对 p m m a d r l 同时掺杂不同浓度的柔性分子e a 的薄膜样品的稳态光谱特性进行 了实验研究 实验结果反映了 柔性分子e a 浓度的增加对荧光过程有影响 使 荧光过程加快 这对深入设计全光逻辑门和材料的选择具有指导意义 摘要 由于偶氮聚合物光致异构具有较快速的时间响应与驰豫特性 所以我们基于 双光泵浦探测模型 利用偶氮苯聚合物光致异构和光致双折射对线一圆双偏振态 泵浦光的响应 即线一圆双偏振态泵浦光对光致双折射的写入与擦除效应 提出 了基于掺偶氮苯有机聚合物薄膜的 与 或 异或 和 异或非 等全光逻 辑门实验新方案 接着在我们设计的线圆双偏振态抽运探测光路上实验 得到了 比较好的实验结果 其与理论分析相符合 这种全光逻辑门具有结构简单 易于 集成 消光比好等优点 关键词 光致异构 光致双折射 光逻辑门 偶氮苯聚合物 荧光光谱 i i s t u d y o no p t i c a ll o g i cg a t e sb a s e do n p h o t o i s o m e r i z a t i o ni no r g a n i cp o l y m e r m a jo r o p t i c s n a m e l iy a n m i n g s u p e r v i s o r p r o f s h ew e i l o n g a b s t r a c t a l l o p t i c a ln e t w o r k sw i l lp l a yac e n t r a lr o l ei nt h ec o m m u n i c a t i o nn e t w o r ki nt h e f u t u r ed u et ot h e i rc o n s i d e r a b l yl a r g ec a p a c i t y a l l o p t i c a ll o g i cg a t e sa r eo n eo ft h e k e yc o m p o n e n t si no p t i c a li n f o r m a t i o np r o c e s s i n g w h i c hp r o v i d ea l l o p t i c a ls i g n a l e x t r a c t i o n a d d r e s sr e s o l u t i o n s w i t c h i n g m u l t i p l e x i n ga n dd e m u l t i p l e x i n g o nt h e o t h e rh a n d a z o b e n z e n ep o l y m e ri sa t t r a c t i n gm o r ea n dm o r er e s e a r c hi n t e r e s tb e c a u s e o ft h e i ru n i q u eo p t i c a lc h a r a c t e r i s t i c ss u c ha st h ep h o t o i s o m e r i z a t i o n a n di ti sr e c e n t l y b e c o m i n go n eo fh o tr e s e a r c ht o p i c s i nt h i st h e s i sw el i m i to u ra t t e n t i o n s o f ft h e d e s i g no fo p t i c a ll o g i cg a t e sb a s e do nt h ep h o t o i s o m e r i z a t i o ni na z oo r g a n i cp o l y m e r t h ep h o t o i n d u c e db i r e f r i n g e n c ei nt h ea z op o l y m e ra sw e l la st h eo p t i c a ll o g i cg a t e s e f f e c t sr e s u l t i n gf r o mt h ep h o t o i n d u c e da n i s o t r o p yi si n v e s t i g a t e db o t ht h e o r e t i c a l l y a n de x p e r i m e n t a l l y f i r s t l y w ei n v e s t i g a t et h ep h o t o i n d u c e db i r e f r i n g e n c ei nt h eh o s t g u e s tp o l y m e r f i l m sp m m a d r la n dp m m a d r l3w i t hd i f f e r e n td o p i n gc o n c e n t r a t i o n sa n d a n a l y z et h em e c h a n i s mo ft h ep h o t o i s o m e r i z a t i o n o fi n t e r e s ti st h a tt h ep h o t o i n d u c e d b i r e f r i n g e n c ec a nb ew r i t t e n o re r a s e d b yal i n e a r l y o rc i r c u l a r l y p o l a r i z e db e a m a sa z op o l y m e rh a saf a s tr e s p o n s ea n df a s tr e l a x a t i o ni nt h ep h o t o i n d u c e d b i r e f r i n g e n c ep r o c e s s i ti sm o r es u i t a b l ef o rd e s i g n i n gt h eo p t i c a ll o g i cg a t e s i i i s e c o n d l y w ei n v e s t i g a t et h ef l u o r e s c e n td y n a m i co fa z op o l y m e r t h e f l u o r e s c e n tp r o p e r t i e so ft h eh o s t g u e s tp o l y m e rf i l m sp m m a d r ld o p i n ge aw i t h d i f f e r e n tc o n c e n t r a t i o n sa l es t u d i e db yt h e s t e a d yf l u o r e s c e n ts p e c t r o s c o p y t h e e x p e r i m e n t a lr e s u l t sr e v e a lt h a te ac o n c e n t r a t i o nh a sa ni n f l u e n c eo nt h ef l u o r e s c e n t p r o p e r t i e sa n do p t i c a lr e s p o n s e s w h i c hp r o v i d et h eg u i d a n c ef o rd e s i g n i n ga l l o p t i c a l l o g i cg a t e s a tl a s t b a s e do nt h ef a s tp h o t o i s o m e r i z a t i o na n d p h o t o i n d u c e db i r e f r i n g e n c ei n a z o c o n t a i n i n gp o l y m e r s w ed e v e l o p e dan e wm o d e lf o ra l l o p t i c a ll o g i cg a t e sa n d d e m o n s t r a t eb o t ht h e o r e t i c a l l ya n de x p e r i m e n t a l l yt h ea l l o p t i c a ll o g i cg a t e su s i n gt h e p u m p p r o b et e c h n i q u e a l l o p t i c a ll o g i ca n d o r x o ra n dx n o rg a t eo p e r a t i o n s a l ed e m o n s t r a t e de x p e r i m e n t a l l yb ym o d u l a t i n gt h ei n t e n s i t yo rp o l a r i z a t i o no ft h e p u m pa n ds i g n a lb e a m t h ee x p e r i m e n t a lr e s u l t ss h o wa ne x c e l l e n tp e r f o r m a n c e i n g o o da g r e e m e n tw i t ht h et h e o r e t i c a lp r e d i c t i o n k e yw o r d s p h o t o i s o m e r i z a t i o n p h o t o i n d u c e db i r e f r i n g e n c e o p t i c a ll o g i cg a t e s az op o l y m e r f l u o r e s c e n ts p e c t r o s c o p y i v 论文原创性声明 本人郑重声明 所呈交的学位论文 是本人在导师的指导下 独立进行研究工作所取得的成果 除文中已经注明引用的内容 外 本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品 成果 对本文的研究做出重要贡献的个人和集体 均已在文中以 明确方式标明 本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担 学位论文作者签名 店致碉 日期 c 2 粥年乡月i o 日 学位论文使用授权声明 本人完全了解中山大学有关保留 使用学位论文的规定 即 学校有权保留学位论文并向国家主管部门或其指定机构送交论 文的电子版和纸质版 有权将学位论文用于非赢利目的的少量复 制并允许论文进入学校图书馆 院系资料室被查阅 有权将学位 论文的内容编入有关数据库进行检索 可以采用复印 缩印或其 他方法保存学位论文 l 学位论文作者签名 刃隧 碉导师签名 y 日期 d 形年 月i o 日日期 材年 月 r 日 知识产权保护声明 本人郑重声明 我所提交答辩的学位论文 是本人在导师 指导下完成的成果 该成果属于中山大学物理科学与工程技术学 院 受国家知识产权法保护 在学期间与毕业后以任何形式公开 发表论文或申请专利 均须由导师作为通讯联系人 未经导师的 书面许可 本人不得以任何方式 以任何其它单位做全部和局部 署名公布学位论文成果 本人完全意识到本声明的法律责任由本 人承担 学位论文作者签名 参馥 咽 日期 c 2 一g 年石月1o 日 第一章前言 第一章前言 近年来 有机聚合物成为材料科学研究的热点 引起了人们的广泛关注 世 界各国的科学家和研究小组相继制备出各种结构多样的有机聚合物光学材料 这 些材料以其独特的性能在光学领域得到了广泛应用 在光学器件方面 特别是在 光通信领域涉及的特别多 例如有机聚合物电致发光器件 聚合物光纤 聚合物 波导 有机聚合物耦合器 光衰减器 光开关 光逻辑门和调制器等 全光逻辑 门是全光网络信号处理中的关键器件之一 它可以实现全光信号提取 全光地址 识别 全光解复用以及全光开关等作用 而随着光网络研究和应用的不断深入 这些作为光网络的关键器件将会得到进一步的发展 并将逐步形成一个个新产 l 匕 1 1 有机聚合物光致异构的研究背景 光致异构是材料在适当波长的光激发下发生结构变化 产生光致异构的机制 很多 常见的包括 光致顺反异构机制 光环化机制 光诱导电子转移机制 光 致分子荧光机制 手性分子左右旋的互变机制等等 从光致异构反应的角度看 光致顺反异构化反应的研究是特别值得关注的 本论文主要研究的是光致顺反异 构机制产生的光学逻辑门效应 1 1 1 光致顺反异构机制 光致顺反异构 1 是在适当波长的光照射下 聚合物材料可以在棒状反式 t r a n s 和球状顺式 c i s 两种异构态之间相互转变 反式异构态可以在光激发下转 变为顺式异构态 同样顺式异构态也可以在光激发下转变为反式异构态 同时顺 式异构态还可以通过热弛豫的方式转变为反式异构态 一般而言 顺反异构也分 第一章前言 两种机制 一是通过平面内反转的方式进行异构 二是通过平面外的转动完成异 构 光致顺反异构过程通常可以使用四能级系统来描述 见图1 1 所示 反式异 构态分子从基态被激发到其激发态 然后通过热弛豫或荧光过程转变为顺式异构 态 顺式异构态分子则从基态被激发到其激发态 然后通过热弛豫或荧光过程转 变为反式异构态 由于常温下的基态能量要比顺式异构态分子的基态能量低 因 此顺式异构态的基态分子也可以通过热弛豫转变为反式异构态的基态分子 反式激发态 顺式激发态 l j i 镱必光j 光激发 光激发 芑一 顺式基 奁 反式基态 弛像 图1 1 光致顺反异构的四能级模型示意图 近年来各研究小组所用到的基于光致顺反异构的材料主要有以下几种 1 偶氮苯及其衍生物的光致异构 8 1 l 见图卜2 所示 芳香族偶氮化合 物是众多有机光学材料中比较引人注目的一类有光致顺反异构性质的材料 这种 材料在制备过程中往往将芳香族偶氮化合物作为客体掺杂进聚合物基体 或者将 它们作为侧链接到基体上 这样就形成了所谓的主客掺杂型和侧链型聚合物 同 时这些聚合物可以存在于不同的形态 譬如玻璃态 液晶态 液态等 n a t a n s o h n 等人对偶氮苯聚合物的光致双折射有系统的研究 1 2 l 引 趴 一 图1 2 偶氮化合物的顺反异构反应 2 第一章前言 2 酮 烯醇互变异构 见图卜3 所示 这类聚合物材料在紫外光的照射下 其在互变异构过程中伴随着酚环的旋转 由反式醇式构型转化为顺式 酮式构型 同时颜色由无色变成红色 酮式构型由于不稳定性可在可见光或热的作用下可逆 地转化为稳定的烯醇式结构 n a k a t a n i 等人对这类聚合物材料的光开关效应进行 了研裂1 4 1 咆 一心剖9 0 心 图卜4 酮 烯醇互变异构反应 2 二芳基乙烯及其衍生物光致异构 见图卜4 所示 这类材料与偶 氮类化合物基本类似 只是其中的氮一氮双键换成了碳 碳双键 当受到一定波长 光的照射时 二芳基乙烯及其衍生物的碳 碳双键也可以发生光致异构反应 吣一d b 图卜3 二芳基乙烯衍生物的顺反异构反应 1 1 2 光环化机制 光环化机制是在适当波长的光照射下 某类聚合物材料可以在开环和闭环两 种异构态之间相互转变 基于此机制的材料主要有以下几种 1 螺吡喃及吡喃类衍生物 螺吡喃在紫外光照射下发生c o 键断裂生成 部花青形态 在可见光照射下或受热时部花青发生闭环反应生成螺环结构 其异 构是基于无色闭环的螺吡喃结构与有色开环的部花青结构之间可逆的转化 见图 卜5 所示 其c o 键的断裂处在皮秒时域 对光的响应速度非常快 f i s c h e r 等人 第一章前言 在低温照射的情况下对螺吡喃的光致变色行为有所研究 1 6 l 一c o o 图1 5 吡喃类化合物的光环化反应 2 俘精酸酐及其衍生物 这一类化合物在紫外光照射下 由无色的俘精 酸酐转化为有色的二氢嗪烯结构 在可见光照射下又可逆地生成俘精酸酐开环结 构 见图1 6 所示 俘精酸酐及其衍生物具有良好的热稳定性能和抗疲劳性能 室温下的循环寿命高达1 0 4 次数以上 具有良好的应用前景 y 毛e 1 9 6 8 z s a n t i a g o 等人对俘精酸酐的光谱特性与光化学反应机制就进行了描述 1 7 o 图1 6 俘精酸酐类化合物的光环化反应 3 二苯乙烯衍生物 这类化合物在紫外光的照射下 二芳基烯在发生顺 反异构的同时还会发生可逆的环化反应 见图1 7 所示 i r i e 等人对二苯乙烯化合 物的光环化反应进行了研究 1 8 d b 暑国一6 b 图1 7 二苯乙烯化合物的光环化反应 4 0 l 装 溅嘭 第一章前言 1 1 3 光诱导电子转移机制n 光诱导电子转移机制是在光的作用下 二维多烯分子如卟啉和酞氰等金属有 机配位物会发生光诱导电子转移 发生双键与单键交替变化而引起光性能的变 化 光诱导电子转移可以是分子内的 也可以是分子外的 即在光的作用下 激 发的电子给体 或受体 可以与电子受体 或给体 间发生电子转移 分别形成 阳离子自由基和阴离子自由基 再进而发生相关的后续反应 国外研究小组为了将材料对光的响应速度提高到皮秒甚至飞秒时间范围 提 出了新的一类物质作为分子光开关材料 即二维多烯分子如卟啉和酞氰等金属配 合物 如下图1 8 所示 y o 恻 潞奄 d la a 2o 麓 图1 8 二维多烯分子如卟啉和酞氰 1 1 4 光致分子荧光机制乜町 光致分子荧光机制是材料在适当波长的可见光照射下 材料中的生色团受激 产生荧光辐射 如果材料进而在紫外光照射下 受激生色团就会退激而荧光消失 如图卜9 所示 这样利用可见光和紫外光的转换就能控制样品的分子荧光辐 射 f r a n c 试s c o 等人利用这种效应开发分子荧光开关 2 1 1 5 第一章前高 p 卜 一 图卜9 光致分子荧光效应 1 1 5 手性分子左右旋的互变机制瞳a 2 3 1 手性分子左右旋的互变机制是指材料的生色团分子在适当波长光照射下的 发生异构 产生基体分子手性的变化从而形成异构化过程 如图1 1 0 所示 燃半燃 图卜1 0 手性分子左右旋的互变 当今世界上旨在开发实用可靠的有机聚合物材料研究人员已经作了大量的 研究工作 对这类材料的结构 性能以及光激励的动力学过程进行了详细研究 国内外研究人员不断地改善材料的光响应速度 耐疲劳性和稳定性 致力于材料 的器件化 6 第一章前言 1 2 有机聚合物光致异构的研究进展 近年来国内外很多研究小组在聚合物的结构 材料及控制方式等方面为作了 很多努力 提出了不少器件化方案1 2 4 引j 在这些材料中 有的材料虽然响应时间 较快 但所需控制光功率比较高 器件化过程还需要解决很多困难 由于光化学 领域本身就是一个前沿课题 聚合物又是一个庞大的分子系统 要描述它的状态 及其在光作用下的变化 理论分析和计算都相当困难 目前聚合物光致异构机制 的理论研究仍处于不断发展的过程中 对于光致异构微观机制的研究 一种较为传统的研究方法是用各种函数去作 拟合 再分析拟合函数中各个参量的意义 从而定性地解释光致异构过程中光响 应的机制问题f 3 2 书 另一种较为普遍的研究方法是 3 6 4 6 1 根据一定的实验事实 建立一个平均场理论 分布函数可通过b o l t z m a n n 关系与描述分子问相互作用的 平均势能联系 但是以上得出理论曲线并与实验曲线比较 吻合程度不如双指数 函数好 其中代表性的研究工作有以下 1 1 9 8 8 年 n i k o l o v a 和t o m o v a 等人提出了一个描述光致双折射的模型 并讨论此模型在描述材料的光致双折射效应的可能性h 7 1 在该模型中 聚合物 材料在适当波长的光照射下 t r a n s 态的生色团光致异构为c i s 态后 同时c i s 态的生色团可以通过光或热驰豫回t r a n s 态 达到平衡态后 样品处于t r a n s 和 c i s 态的共存状态 该模型具有一定的局限性 只是适合于某特定类别的聚合物 材料 2 1 9 9 2 年 n a t a n s h o n 等 3 4 3 5 3 8 提出了基于异构和取向的简单模型 其得 到的结果与实验曲线形状相似 这里值得注意的是该模型没有考虑c i s 态取向对 双折射的贡献以及异构后c i s 态的取向 此模型也做了很多假设 但其模拟结果 比较好地反映实验规律 另外一个研究小组p a l t o 等 4 4 4 6 1 从1 9 9 2 年起 提出了多相畴模型 用来描述 光致各向异性 在此模型中 在考虑生色团之间的相互作用的情况下 考虑分子 偶极矩在外场下的取向运动 较好地描述了样品的宏观光致光学各向异性 3 19 9 3 年 d u m o n t 和s e k k a t 等 4 0 基于偶氮聚合物分子的四能级模型 描述了无定型偶氮掺杂聚合物在弱光激励情况下的光诱导各向异性过程 他们将 7 第一章前言 偶氮聚合物的光致光学各向异性的形成用三个过程描述 光致角烧孔 分子重取 向和取向弥散或弛豫 4 0 4 3 1 由此模型得到的计算结果与实验结果符合得比较好 但在模拟过程中同样作了很多简化 例如忽略了各分子之间的相互作用 引用单 一的扩散系数等 在考虑了取向的热扩散后 该模型在解释光学各向异性的长时 间稳定性方面存在一定困难 4 1 9 9 7 年 p e d e r s e n 等 3 6 在多相畴理论的基础上 加入平均场理论 提出 了多相畴平均场理论 该理论建立在以下两个基础上 一是偶氮化合物的光致 t r a n s c i s 异构转变 另一个是偶氮液晶聚合物的多相畴模型 1 9 9 8 年 他们又提 出了基于偶氮基团的聚酯型液晶聚合物的光致定向排列模型 做出了一定的改 进 由于平均场理论对偶氮液晶聚合物光致各向异性可以长时间稳定存在的现象 能够做出进一步的解释 其他一些研究小组纷纷在改变不同的平均场势能上作了 一此t 作 4 3 4 9 iro 总之 从以上的各种模型可以看到 偶氮聚合物的光致异构是一个复杂的过 程 不同的模型都做了不同程度的简化和假设 如果能用一个模型描述不同生色 团在不同的基体中的光致异构取向过程 那么将对光学材料的设计和制备具有很 大的指导意义 因此 通过对偶氮生色团微观光化学和光物理过程的描述 来解 释偶氮光学材料的光学效应 不仅可以让人们进一步了解偶氮化合物光致异构取 向的本质 而且可以为偶氮生色团的设计和优化提供很好的指导 1 3 有机聚合物材料的应用 自1 9 3 7 年h a r t l e y 5 0 发现紫外光能够对偶氮苯中的氮一氮双键的构型产生影 响以来 人们便对偶氮苯及其衍生物的光学性质进行了大量的研究 有机聚合物 材料在其吸收带内波长的光激励下可以实现可逆的光致异构 表现出光致各向异 性 二向色性和光致折射率改变等优良的光学特性 使得它在光存储 光学信息 处理 光孤子以及光学器件等研究领域有很大潜力 因而受到人们的广泛关注 岭卜6 2 1 综合来说 有机聚合物材料相对于其它光学材料而言 具有体积小 重量 轻 低传输延迟 低功耗和可以通过修饰分子适合特定应用等特点 有机聚合物 材料在光学器件上得到了广泛应用 珏7 2 1 见下图卜1 l 所示 8 第一章前言 聚合物光电子器件 i 光发大器 掺铒光纤放大器 有源器件1 电致发光器件 釜龚主极管 无源器件 光传输 塑料光纤 电光调制器 徽 热光调制器 数字开关系列 f 阵列波导光栅a w g 滤波器件 紫外照射b r r a g 光栅 i 偏振滤波器 图卜1 1 聚合物光学器件应用 1 4 本论文的主要研究工作以及意义 全光逻辑门是光信号处理中的关键器件 可以实现全光信号提取 全光地址 识别 全光解复用以及全光开关等 而近年来 偶氮类有机聚合物材料因其具有 独特的光学特性也成为科学研究的热点 引起了人们的广泛关注 其中令人感兴 趣的是它的光致顺反异构现象 本论文利用偶氮苯聚合物光致异构这个独特性质 设计光学逻辑门 我们围绕有机聚合物光致异构 基于材料的光化学与光物理机 制 研究了偶氮苯聚合物光致光学各向异性以及偶氮苯聚合物的荧光光谱特性 最后利用有机聚合物这种独特的光致异构特性重点探讨了光学逻辑门效应 设计 了一种光学逻辑门的实验新方案 并且得到了比较好的实验结果 针对上述问题 本论文主要包括以下几个方面 l 有机聚合物光致光学各向异性的理论探讨与实验研究 首先从光致异构 的理论机制出发 由于理论机制这方面存在多种理论模型 我们从所研究材料的 特性这个角度上进行选择 对角度烧孔机制进行了理论探讨 然后实验上考察了 不同生色团 不同生色团浓度以及在没有玻璃基底的情况下的光致光学各向异 9 第一章前言 性 我们观察到 线一圆双偏振态泵浦光之间的转换 可分别对偶氮苯薄膜样品 的光致双折射实行写入及擦除操作 我们还发现偶氮苯薄膜样品光致异构具有较 快的时间响应与驰豫特性 适合用于设计全光逻辑门 2 偶氮苯有机聚合物荧光光谱特性 我们针对偶氮聚合物光响应问题 对 材料的荧光动力学进行了研究 利用稳态荧光光谱法对p r 眦a d r l 同时掺杂不同 浓度的柔性分子e a 的薄膜样品的光谱特性进行了实验研究 实验结果表明随着 柔性分子e a 浓度的增加 荧光的强度呈现先增加后减少的趋势 存在一种饱和 效应 这可能是因为柔性分子浓度增加 整个聚合物分子内部自由空间增大 发 生了有效的能量传递 荧光发射就增强 而达到一定浓度时 荧光发射不会不断 增强 会出现浓度淬灭效应 荧光发射反而会削弱 而且样品的这种荧光响应的 速度也是比较快的 这对深入研究和设计全光逻辑门具有指导意义 3 一种基于光致异构反应的全光逻辑门研究 目前文献报道有基于细菌视 紫红质的全光逻辑门 采用半导体光放大器 s o a 中交叉增益调制效应的全光 逻辑门 基于光孤子相互作用的光逻辑门 在s i g e s i 波导中基于光多模干涉的 光逻辑门等 由于偶氮苯聚合物有着独特的光学特性 我们尝试用来构造光逻辑 门器件 实验发现主客掺杂的偶氮聚合物样品光致双折射的有快响应和快驰豫的 特性 我们利用偶氮苯聚合物光致异构和光致双折射对线一圆双偏振态泵浦光的 响应 即光致双折射的产生与擦除效应 提出了基于掺偶氮苯有机聚合物薄膜的 与 或 异或 和 异或非 等全光逻辑门功能的实验新方案 并在我们 设计的线圆双偏振态抽运探测光路上得到了比较好的效果 4 最后 我们对已完成的工作进行总结 并且提出对未来工作的展望 1 0 第一章前言 参考文献 1 2 3 4 5 6 7 8 9 l o 11 1 2 1 3 s e k k a tz m o r i c h e r ed d u m o n tm l o u c i f o s a i b ir d e l a i r ej a p h o t o i s o m e r i z a t i o no fa z o b e n z e n ed e r i v a t i v e si np o l y m e r i ct h i nf i l m s j a p p l p h y s 1 9 9 2 7 1 1 5 4 3 w a n gh h u a n gy l i uz z h a of l i nw u l t r a f a s tp h o t o i n d u c e da n i s o t r o p y a n do p t i c a ls w i t c h i n gi na z o b e n z e n es i d e c h a i np o l y m e r s a p p l p h y s l e t t 2 0 0 3 8 2 3 3 9 4 t o d o r o vt n i k o l o v al t o m o v an p o l a r i z a t i o nh o l o g r a p h y 1 an e w l l i g h e f f i c i e n c yo r g a n i cm a t e r i a lw i t l lr e v e r s i b l ep h o t o i n d u c e db i r e f r i n g e n c e a p p l o p t 19 8 4 2 3 4 3 0 9 w usz l u osj s h ew l l u odb w a n gh a l l o p t i c a ls w i t c h i n ge f f e c t si n p o l y m e t h y lm e t h a c r y l a t e c o m p o s i t e s r e a c t f u n c t p o l y m 2 0 0 3 5 6 8 3 s u d e s hk u m a rga n dn e c k e r sd c p h o t o c h e m i s t r yo fa z o b e n z e n e c o n t a i n i n g p o l y m e r s c h e m r e v 1 9 8 9 8 9 1 9 1 5 r o d r i g u e za v i t r a n tg c h o l l e tpa k a j z a rf o p t i c a lc o n t r o lo fa ni n t e g r a t e d i n t e r f e r o m e t e ru s i n gap h o t o c h r o m i cp o l y m e r a p p l p h y s l e t t 2 0 01 7 9 4 61 吴立锋 彭华根 王晓工等 芳香族偶氮聚合物的光效应及应用 高分子 材料科学与工程 2 0 0 0 1 6 4 1 4 3 g e o r g ez i m m e r m a n l u e y u n gc h o w u n j i np a i k t h ep h o t o c h e m i c a l i s o m e r i z a t i o no fa z o b e n z e n e j a m c h e m s o c 19 5 8 8 0 3 5 2 8 g e g i o ud m u s z k a tka f i s c h e re t e m p e r a t u r ed e p e n d e n c eo f p h o t o i s o m e r i z a t i o n j a m c h e m s o c 19 6 8 9 0 12 r o n a y e t t ej a m a u dr l e b o u r g e o i sp e ta 1 p h o t o c h e m i c a li s o m e r i z a t i o no f z a o b e n z e n ei ns o l m i o n c a n j c h e m 19 7 4 5 2 1 0 18 4 8 s t e g e m e y e rh o nt h em e c h a n i s mo fp h o t o c h e m i c a lc i s t r a n si s o m e r i z a t i o n j p h y s c h e m 1 9 6 2 6 6 2 5 5 5 x i es n a t a n s o h na r o c h o np r e c e n td e v e l o p m e n t si na r o m a t i ca z o p o l y m e r s r e s e a r c h c h e m m a t e r 19 9 3 5 4 0 3 n a t a n s o h na r o c h o np p h o t o i n d u c e dm o t i o n si na z o c o n t a i n i n gp o l y m e r s 第一章前言 c h e m r e v 2 0 0 2 1 0 2 413 9 14 n a k a t a n ik d e l a i r eja r e v e r s i b l ep h o t o s w i t c h i n go fs e c o n d o r d e rn o n l i n e a r o p t i c a lp r o p e r t i e si na no r g a n i cp h o t o c h r o m i cc r y s t a l c h e m m a t e r 19 9 7 9 1 2 2 6 8 2 15 d u r rh b o u a s l a u r e n th p h o t o c h r o m i s m m o l e c u l e sa n ds y s t e m s e l s e v i e r a m s t e r d a n l 19 9 0 16 f i s c h e re h i r s h b e r gy f o r m a t i o no fc o l o r e df o r m so fs p i r a n sb y l o w t e m p e r a t u r ei r r a d i a t i o n j a m c h e m s o c 19 5 2 7 4 4 5 2 2 17 s a n t i a g oa b e e k e rrs p h o t o c h r o m i cf u l g i d e s s p e c t r o s c o p ya n dm e c h a n i s m o fp h o t o r e a c t i o n s j a m c h e m s o c 19 6 8 9 0 3 6 5 4 18 m a s a h i r oi r i e k a z u y u k is a k e m u r a m a s a k a z uo k i n a k a e ta 1 p h o t o c h r o m i s m o fd i t h i e n y l e t h e n e sw i t he l e c t r o n d o n a t i n gs u b s t i t u e n t s j o r g c h e m 1 9 9 5 6 0 2 5 8 3 0 5 19 g o s z t o l ad n i e m c z y kmp w a s i e l e w s k imr p i c o s e c o n dm o l e c u l a rs w i t c h b a s e do nb i d i r e c t i o n a li n h i b i t i o no f p h o t o i n d u c e de l e c t r o nt r a n s f e ru s i n g p h o t o g e n e r a t e de l e c t r i cf i e l d s j a m c h e m s o c 19 9 8 1 2 0 2 0 5118 2 0 m a s a h i r oi r i e t u y o s h if u k a m i n a t o t a k a t o s h is a s a k i e ta 1 ad i g i t a l f l u o r e s c e n tm o l e c u l a rp h o t o s w i t c h n a t u r e 2 0 0 2 4 2 0 7 5 9 21 f r a n c i i i s c omr a y m o m a s s i m i l i a n ot o m a s u l o f l u o r e s c e n c em o d u l m i o nw i t h p h o t o c h r o m i cs w i t c h e s j p h y s c h e m a 2 0 0 5 1 0 9 7 3 4 3 2 2 m a n f r e dm t i l l e r r u d o l fz e n t e l p h o t o c h e m i c a la m p l i f i c a t i o no fc h i r a li n d u c t i o n i np o l y i s o c y a n a t e s m a c r o m o l e c u l e s 1 9 9 4 2 7 4 4 0 4 2 3 g e o r gm a x e i n r u d o l fz e n t e l p h o t o c h e m i c a li n v e r s i o no ft h eh e l i c a lt w i s t s e n s ei nc h i r a lp o l y i s o c y a n a t e s m a c r o m o l e c u l e s 19 9 5 2 8 8 4 3 8 2 4 e b i s a w af h o s h i n om s u k e g a w ak s e l f h o l d i n gp h o t o c h r o m i cp o l y m e r m a c h z e h n d e ro p t i c a ls w f f c h a p p l p h y s l e t t 1 9 9 4 6 5 2 9 1 9 2 5 r o d r i g u e za v i t r a n tg c h o l l e tp a e ta 1 o p t i c a lc o n t r o lo fa ni n t e g r a t e d i n t e r f e r o m e t e ru s i n gap h o t o c h r o m i cp o l y m e r a p p l p h y s l e t t 2 0 0 1 7 9 4 6 1 2 6 k a n gjw k i mjj k i me a l l o p t i c a lm a c h z e h n d e rm o d u l a t o ru s i n ga p h o t o c h r o m i cd y e d o p e dp o l y m e r a p p l p h y s l e t t 2 0 0 2 8 0 1710 1 2 第一章前言 2 7 o k a m o t ot k a m i y a m at y a m a g u c h ii a l l o p t i c a ls p a t i a ll i g h tm o d u l a t o r 谢t i l s u r f a c ep l a s m o nr e s o n a n c e o p t l e t t 19 9 3 1 8 15 7 0 2 8 n a g a m u r at h a m a d a t n o v e la l lo p t i c a ll i g h tm o d u l m i o nb a s e do nc o m p l e x r e f r a c t i v ei n d e xc h a n g e so fo r g a n i cd y e d o p e dp o l y m e rf i l mu p o n p h o t o e x c i t a t i o n a p p l p h y s l e t t 19 9 6 6 9 1191 2 9 s a s a k ik n a g a m u r at u l t r a f a s ta l l o p t i c a ls w i t c hu s i n gc o m p l e xr e f r a c t i v e i n d e xc h a n g e so ft h i nf i l m sc o n t a i n i n gp h o t o c h r o m i cd y e a p p l p h y s l e t t 1 9 9 7 7 1 4 3 4 3 0 t a n i on i r i em p h o t o o p t i c a ls w i t c h i n go fp o l y m e rf i l mw a v e g u i d ec o n t a i n i n g p h o t o c h r