有機聚合物光致異構(gòu)光學(xué)邏輯門分析

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1、論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：所呈交的學(xué)位論文，是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下，獨立進行研究工作所取得的成果。除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的作品成果。對本文的研究做出重要貢獻的個人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。本人完全意識到本聲明的法律結(jié)果由本人承擔(dān)。學(xué)位論文作者簽名：店致碉日期：c2粥年鄉(xiāng)月Io日學(xué)位論文使用授權(quán)聲明本人完全了解中山大學(xué)有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，即：學(xué)校有權(quán)保留學(xué)位論文并向國家主管部門或其指定機構(gòu)送交論文的電子版和紙質(zhì)版，有權(quán)將學(xué)位論文用于非贏利目的的少量復(fù)制并允許論文

2、進入學(xué)校圖書館、院系資料室被查閱，有權(quán)將學(xué)位論文的內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進行檢索，可以采用復(fù)印、縮印或其他方法保存學(xué)位論文。l＼學(xué)位論文作者簽名：刃隧、碉導(dǎo)師簽名：／y∥日期：d形年‘月IO日日期：材年‘月／／r日知識產(chǎn)權(quán)保護聲明本人鄭重聲明：我所提交答辯的學(xué)位論文，是本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下完成的成果，該成果屬于中山大學(xué)物理科學(xué)與工程技術(shù)學(xué)院，受國家知識產(chǎn)權(quán)法保護。在學(xué)期間與畢業(yè)后以任何形式公開發(fā)表論文或申請專利，均須由導(dǎo)師作為通訊聯(lián)系人，未經(jīng)導(dǎo)師的書面許可，本人不得以任何方式，以任何其它單位做全部和局部署名公布學(xué)位論文成果。本人完全意識

3、到本聲明的法律責(zé)任由本人承擔(dān)。學(xué)位論文作者簽名：／參馥-咽日期：c2一g年石月1o日第一章前言第一章前言近年來，有機聚合物成為材料科學(xué)研究的熱點，引起了人們的廣泛關(guān)注。世界各國的科學(xué)家和研究小組相繼制備出各種結(jié)構(gòu)多樣的有機聚合物光學(xué)材料，這些材料以其獨特的性能在光學(xué)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。在光學(xué)器件方面，特別是在光通信領(lǐng)域涉及的特別多，例如有機聚合物電致發(fā)光器件、聚合物光纖、聚合物波導(dǎo)、有機聚合物耦合器、光衰減器、光開關(guān)、光邏輯門和調(diào)制器等。全光邏輯門是全光網(wǎng)絡(luò)信號處理中的關(guān)鍵器件之一，它可以實現(xiàn)全光信號提取、全光地址識別、全光解復(fù)

4、用以及全光開關(guān)等作用。而隨著光網(wǎng)絡(luò)研究和應(yīng)用的不斷深入，這些作為光網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵器件將會得到進一步的發(fā)展，并將逐步形成一個個新產(chǎn)、l匕?！?．1有機聚合物光致異構(gòu)的研究背景光致異構(gòu)是材料在適當(dāng)波長的光激發(fā)下發(fā)生結(jié)構(gòu)變化。產(chǎn)生光致異構(gòu)的機制很多，常見的包括：光致順反異構(gòu)機制，光環(huán)化機制，光誘導(dǎo)電子轉(zhuǎn)移機制，光致分子熒光機制，手性分子左右旋的互變機制等等。從光致異構(gòu)反應(yīng)的角度看：光致順反異構(gòu)化反應(yīng)的研究是特別值得關(guān)注的，本論文主要研究的是光致順反異構(gòu)機制產(chǎn)生的光學(xué)邏輯門效應(yīng)。1．1．1光致順反異構(gòu)機制光致順反異構(gòu)∽1是在適當(dāng)波長的光照射

5、下，聚合物材料可以在棒狀反式(Trans)和球狀順式(Cis)兩種異構(gòu)態(tài)之間相互轉(zhuǎn)變。反式異構(gòu)態(tài)可以在光激發(fā)下轉(zhuǎn)變?yōu)轫樖疆悩?gòu)態(tài)，同樣順式異構(gòu)態(tài)也可以在光激發(fā)下轉(zhuǎn)變?yōu)榉词疆悩?gòu)態(tài)，同時順式異構(gòu)態(tài)還可以通過熱弛豫的方式轉(zhuǎn)變?yōu)榉词疆悩?gòu)態(tài)。一般而言，順反異構(gòu)也分第一章前言兩種機制：一是通過平面內(nèi)反轉(zhuǎn)的方式進行異構(gòu)；二是通過平面外的轉(zhuǎn)動完成異構(gòu)。光致順反異構(gòu)過程通?？梢允褂盟哪芗壪到y(tǒng)來描述，見圖1．1所示。反式異構(gòu)態(tài)分子從基態(tài)被激發(fā)到其激發(fā)態(tài)，然后通過熱弛豫或熒光過程轉(zhuǎn)變?yōu)轫樖疆悩?gòu)態(tài)，順式異構(gòu)態(tài)分子則從基態(tài)被激發(fā)到其激發(fā)態(tài)，然后通過熱弛豫或

6、熒光過程轉(zhuǎn)變?yōu)榉词疆悩?gòu)態(tài)，由于常溫下的基態(tài)能量要比順式異構(gòu)態(tài)分子的基態(tài)能量低，因此順式異構(gòu)態(tài)的基態(tài)分子也可以通過熱弛豫轉(zhuǎn)變?yōu)榉词疆悩?gòu)態(tài)的基態(tài)分子。反式激發(fā)態(tài)順式激發(fā)態(tài)lJI鐿必光J光激發(fā)∥-、?芑一。順式基；奩反式基態(tài)弛像圖1-1光致順反異構(gòu)的四能級模型示意圖近年來各研究小組所用到的基于光致順反異構(gòu)的材料主要有以下幾種：(1)偶氮苯及其衍生物的光致異構(gòu)【8。1l】(見圖卜2所示)。芳香族偶氮化合物是眾多有機光學(xué)材料中比較引人注目的一類有光致順反異構(gòu)性質(zhì)的材料。這種材料在制備過程中往往將芳香族偶氮化合物作為客體摻雜進聚合物基體，或

7、者將它們作為側(cè)鏈接到基體上，這樣就形成了所謂的主客摻雜型和側(cè)鏈型聚合物。同時這些聚合物可以存在于不同的形態(tài)，譬如玻璃態(tài)，液晶態(tài)，液態(tài)等，Natansohn等人對偶氮苯聚合物的光致雙折射有系統(tǒng)的研究【12，l引。趴℃一％圖1-2偶氮化合物的順反異構(gòu)反應(yīng)2第一章前言(2)酮．烯醇互變異構(gòu)(見圖卜3所示)。這類聚合物材料在紫外光的照射下，其在互變異構(gòu)過程中伴隨著酚環(huán)的旋轉(zhuǎn)，由反式醇式構(gòu)型轉(zhuǎn)化為順式．酮式構(gòu)型，同時顏色由無色變成紅色。酮式構(gòu)型由于不穩(wěn)定性可在可見光或熱的作用下可逆地轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的烯醇式結(jié)構(gòu)，Nakatani等人對這類聚合物

8、材料的光開關(guān)效應(yīng)進行了研裂141。咆℃＆一心剖90心圖卜4酮．烯醇互變異構(gòu)反應(yīng)(2)二芳基乙烯及其衍生物光致異構(gòu)㈣(見圖卜4所示)。這類材料與偶氮類化合物基本類似，只是其中的氮一氮雙鍵換成了碳．碳雙鍵。當(dāng)受到一定波長光的照射時，二芳基乙烯及其衍生物的碳．碳雙鍵也