有机聚合物光致异构光学逻辑门分析

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3、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：c2一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

4、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

5、下，聚合物材料可以在棒状反式(Trans)和球状顺式(Cis)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

6、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lJI镱必光J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。1l】(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

7、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，Natansohn等人对偶氮苯聚合物的光致双折射有系统的研究【12，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，Nakatani等人对这类聚合物

8、材料的光开关效应进行了研裂141。咆℃＆一心剖90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㈣(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