[發明專利]用于非線性光學裝置的三環間隔基體系

無效

• 申請號: 200580036638.X
• 申請日: 2005-10-26
• 公開（公告）號: CN101087770A
• 公開（公告）日: 2007-12-12
• 發明（設計）人: F·J·戈茨;F·J·小戈茨
• 申請（專利權）人: 三階納米技術公司
• 主分類號: C07D285/12
• 分類號: C07D285/12;C08K5/01;A61K31/41;G03C1/725
• 代理公司: 北京泛華偉業知識產權代理有限公司
• 代理人: 郭廣迅

發明背景

聚合電光(EO)材料已經被證實具有在廣泛的新一代系統和裝置中發揮核心作用的巨大潛力，所述新一代系統和裝置包括相控陣雷達、衛星和光纖通信、有線電視(CATV)、用于航空和導彈制導的光學陀螺儀、電子對抗(ECM)系統、用于高速計算的背板互聯、超快模數轉換、地雷探測、射頻光子學、空間光調制和全光(光光轉換)信號處理。

在外部施加電場或入射光(雙光子吸收)存在的情況下，非線性光學(NLO)材料能夠改變它們的一階、二階、三階和/或更高階的極化率。在許多現有的電信應用中，二階極化率(超極化率或者β)具有重大意義。超極化率與NLO材料的折射率響應于電場施加的變化有關。有關非線性光學材料更完整的討論可見D.S.Chemla和J.Zyss，有機分子及晶體的非線性光學性質(Nonlinear?optical?properties?oforganic?molecules?and?crystals)，Academic?Press，1987和K.-S.Lee等，光子學應用的聚合物I(Polymers?for?Photonics?Applications?I)，Springer(2002))。

已經合成了許多NLO分子(發色團)，它們表現出極其高的分子電光性質。分子偶極矩(μ)和超極化率(β)的積經常被用作由于材料處理過程中引入偶極子而引起的分子電光學性能的量度。二十世紀六十年代的貝爾實驗室最早評價了一種發色團，這是由于其出色的NLO性質，該發色團即分散紅(DR)，其表現出的電光系數μβ為～580×10^-48esu。目前的分子設計，包括FTC、CLD以及GLD，表現出的μβ值超過10,000×10^-48esu。參見Dalton等人的“新種類的高超極化率有機發色團及其合成方法(New?Class?of?High?Hyperpolari?zability?OrganicChrompohores?and?Process?for?Synthesizing?the?Same)”，WO00/09613。

不過，將微觀的分子超極化率(β)轉化成宏觀的材料超極化率(X⁽²⁾)遭遇了巨大的困難。分子的亞成分(發色團)必須整合成NLO材料，該材料表現出(i)高度的宏觀非線性以及(ii)充分的時間的、熱的、化學的以及光化學的穩定性。同時解決這兩個問題被認為是在大量的政府和商業裝置和系統中廣泛商業應用EO聚合物的最終障礙。

NLO發色團差的相互作用(social)性質限制了高材料超極化率(X⁽²⁾)的產生。商業上可行的材料必須以大的分子密度將發色團與沿單一材料軸統計取向的所需分子矩結合。為了實現這樣的構造，通常通過在材料加工過程中施加外部電場來利用NLO發色團的電荷轉移(偶極)性質，所述外部電場的施加產生一種有利于非中心對稱階的局部低能條件。不幸的是，在甚至中等的發色團密度下，分子形成多分子偶極結合的(中心對稱的)聚集體，該聚集體不能通過實際電場能破壞。為了克服該困難，通常通過構建限制最接近分子間關系的物理障礙來實現將不相互作用的(anti-social)偶極發色團整合到相容的材料結構中。這已通過以下方法成功實現：(i)利用空間位阻成分環繞單個分子或者(ii)將分子共價鍵結合到第二種有組織的超結構中，例如在聚合骨架上或者在樹枝狀構造中。Tobin?Marks和他人提出了其他的方法，例如自組裝超晶格，但這些方法并不可能得到短期宏觀有用的結果。參見K.-S.Lee，等人(2002)；Keinan?S.等人，Chem.Mater.，16，1848-1854(2004)；Koeckelberghs，G.等人，Marcromolecules，36，9736-9741(2003)；Robinson，B.H.等人，J.Phys.Chem.A，104，4785-4795(2000)；L.Dalton等人，“The?Role?of?LondonForces?in?Defining?Noncentrosymmetric?Order?of?High?DipoleMoment-High?Hyperpolarizability?Chromophores?in?ElectricallyPoled?Polymeric?Films”，Proceedings?of?the?National?Academy?ofSciences?USA，Vol.94，pp.4842-4847(1997)。