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		性能優(yōu)良的全光開關(guān)器件要求資料

　　目前隨著光纖到戶和下一代廣播電視網(wǎng)的迅速發(fā)展,光纖通訊技術(shù)迎來了自密集波分復(fù)用以來的第二個發(fā)展高潮。用戶對網(wǎng)絡(luò)帶寬越來越高的需求,使得建設(shè)全光網(wǎng)絡(luò)日益迫切。全光網(wǎng)絡(luò)以光節(jié)點代替電節(jié)點,節(jié)點之間也是全光化,信號以光的形式進行傳輸與交換,交換機對用戶信息的處置不再按比特進行,而是通過波長選擇器件實現(xiàn)路由選擇。全光網(wǎng)絡(luò)以其良好的透明性、波長路由特性、兼容性和可擴展性,并能提供巨大的帶寬、極高的處置速度和極低的誤碼率,成為下一代通訊網(wǎng)絡(luò)的首選。全光開關(guān)作為實現(xiàn)全光網(wǎng)絡(luò)中的關(guān)鍵器件,可實現(xiàn)在全光層的路由選擇、光交叉連接以及光自愈維護等重要功能?；贛-Z型非線性折射光開關(guān)是利用資料的三階非線性光學(xué)效應(yīng),即光學(xué)克爾效應(yīng)。用一束控制光引起材料的非線性折射率變化,使信號光通過時發(fā)生相位變化,從而實現(xiàn)光開關(guān)的開關(guān)動作。

　　性能優(yōu)良的全光開關(guān)器件要求資料要具有大的三階非線性折射率,小的線性吸收和非線性吸收,快的響應(yīng)速度等特點。隨著具有高能量和高準(zhǔn)直性激光技術(shù)的不時發(fā)展,開發(fā)有效的激光防護器件成為激光設(shè)備應(yīng)用及掌握現(xiàn)代戰(zhàn)爭主動權(quán)迫切需要解決的問題。新一代的光限幅器件,主要利用了資料的反飽和吸收、雙光子吸收等三階非線性光學(xué)效應(yīng),要求資料有高的線性透過率和高的非線性吸收系數(shù)。當(dāng)前,全光開關(guān)和光限幅器等非線性光學(xué)器件的研究,使得探索新型的具有優(yōu)良三階非線性光學(xué)性能、高品質(zhì)因子的非線性光學(xué)資料日益成為資料研究領(lǐng)域關(guān)注的焦點。資料的線性光學(xué)和三階非線性光學(xué)性能參數(shù)的準(zhǔn)確表征是探索、篩選、改進、研究全光開關(guān)和光限幅材料的重要手段,并可以對器件的設(shè)計提供參考和依據(jù)。本課題組通過一系列的實驗研究發(fā)現(xiàn),過渡金屬的DMIT類有機配合物資料具有大的平面共軛結(jié)構(gòu),易發(fā)生極化和電荷轉(zhuǎn)移,金屬和有機體系之間的電荷轉(zhuǎn)移可以進一步增強資料的三階非線性光學(xué)性質(zhì),具有潛在應(yīng)用價值。因此,本論文對三種新型DMIT復(fù)合物聚合薄膜資料進行了系統(tǒng)的性能表征,并對影響資料三階非線性光學(xué)性能的多種因素進行了研究和分析。

　　主要內(nèi)容如下：根據(jù)全光開關(guān)和光限幅器件對材料的要求,結(jié)合DMIT類資料具有平面π電子共軛結(jié)構(gòu)的特點,通過改變配合物陽離子和中心金屬離子,設(shè)計合成了兩種DMIT銨鹽(簡稱為PrCu1,3-二硫雜環(huán)戊烯-2-硫酮-4,5-二硫基合金乙基三苯基膦鹽(簡稱為TPEPA DT以及一種多硫酮衍生物資料：4,5-二苯甲酰硫基-1,3-二硫雜環(huán)戊烯-2-硫酮(簡稱為BBDT并將以上三種資料采用旋涂法和溶膠凝膠方法制備成聚合物復(fù)合薄膜。其中,PrCu和TPEPA DT新材料的三階非線性光學(xué)性質(zhì)被首次報道；

　　用棱鏡耦合方法和透射光譜法對聚合物復(fù)合薄膜TPEPA DT/PMMA PrCu/PMMA 以及BBDT/PMMA 線性光學(xué)性質(zhì)進行了計算和表征,得到薄膜的折射率、吸收系數(shù)、消光系數(shù)等一系列線性光學(xué)參數(shù)；運用Z掃描技術(shù)在1064nm波長下對TPEPA DTPrCuBBDT溶液和薄膜的三階非線性光學(xué)性質(zhì)進行了研究。通過數(shù)據(jù)擬合得到資料的非線性折射率,非線性吸收系數(shù)和三階非線性極化率等參數(shù)。實驗結(jié)果標(biāo)明,TPEPA DT和PrCu資料的溶液和PMMA 復(fù)合薄膜均表示出自散焦性質(zhì),即非線性折射率n2為負(fù)值,PrCu有輕微的雙光子吸收,而TPEPA DT非線性吸收很?。籅BDT資料的乙腈溶液和PMMA 復(fù)合薄膜均表示出自聚焦性質(zhì),即非線性折射率n2為正值,其非線性吸收可以忽略不計。探索了PrCu溶液對1053nm激光的限幅效應(yīng),結(jié)果標(biāo)明PrCu雙光子吸收效應(yīng)使其在近紅外波段對激光有很好的限幅效果；探索了PrCu溶膠凝膠薄膜的三階非線性光學(xué)性質(zhì),發(fā)現(xiàn)PrCu溶膠凝膠薄膜與PrCu聚合物復(fù)合薄膜相比,非線性折射效應(yīng)相差不大,而非線性吸收效應(yīng)有明顯差別。

　　影響資料三階非線性光學(xué)特性的多種因素進行了進一步研究,得到一系列研究結(jié)論：激光脈沖寬度(20ps,重復(fù)頻率(10Hz時,資料的熱效應(yīng)可以忽略,兩種材料的非線性折射率來源于DMIT資料離域的共軛π電子體系；TPEPA DT和PrCu資料由于金屬原子的引入,發(fā)生了金屬到配位體和配位體到金屬的電荷轉(zhuǎn)移態(tài),導(dǎo)致其非線性光學(xué)系數(shù)比BBDT大；PrCu1064nm處由于雙光子吸收,其非線性吸收效應(yīng)比BBDT和TPEPA DT明顯；三種材料的聚合物復(fù)合薄膜由于外表局域場增強效應(yīng),高的聚集態(tài)使其共軛水平遠(yuǎn)大于溶液,其非線性光學(xué)系數(shù)比溶液的大；發(fā)現(xiàn)TPEPA DT資料在1064nm處具有高的離共振三階非線性光學(xué)效應(yīng),滿足全光開關(guān)對資料品質(zhì)因子W=n2I/α0λ和T=βλ/n2且|W|1,|T|1要求。

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