[发明专利]包含具有多个给体-π-受体体系掺杂剂的光学非线性活性波导材料

说明书

本发明涉及一种光学非线性活性波导材料，它包含一种光学透明的高聚物和一种包含给体-π-受体单元的光学非线性活性掺杂剂。

在光学非线性材料中，在外部力场（诸如电力场）的影响之下，会发生非线性极化。在有机分子的情况下，这被称为诱导偶极矩。诱导偶极矩（μind）可用下式来表示：

μind＝αE+βEE+γEEE+…    〔1〕

其中α代表线性超极化性，β代表（非线性）超极化性，γ代表二级超极化性等等。

非线性电极化（β和γ值不等于零）可以导致一些光学非线性现象，诸如频率倍增和鲍克尔（pockels）效应。利用这些现象可能把这种材料用于光活性波导构件诸如光学转换器、倍频器等。

为此目的，有机光学非线性活性材料是以薄层形式被涂布于底物上。适合于作底物的有三类高聚物体系：客体-主体高聚物体系，官能化高聚物以及高聚物网络。第一种体系是最容易制备的，其中光学透明的高聚物含有光学非线性活性的化合物作为掺杂剂。

这样一种光学非线性活性波导材料已在GB2189624中被公开，其中一种光学透明的高聚物被用含有给体-π-受体单元的光学非线性掺杂剂浸渍。

大多数有机光学非线性活性化合物是由于含有所谓给体-π-受体单元而获得它们的非线性光学性质的。这一术语是用来指一个给电子基团和一个吸电子基团在同一个共轭的π一体系中偶合所组成的基团。含有这类基团的化合物被发现具有比较高的超极化性（β）。

在工业上已经进行了若干年的努力来制备具有较高超极化性的材料，例如通过扩展给体-π-受体单元。但在超极化性增加的同时，电荷转移吸收带也同时向长波长方向迁移。结果，这种材料在例如倍频器的情况下只有有限的用途。因为对于光学非线性材料来说，就在频率倍增进行工作时频率范围内具有吸收带是不利的：一般，具有波长为700至1300纳米（nm）的电磁射线借助于激光通过倍频器，导致光源发射波长为上述波长一半的射线，即频率范围大约在350至650纳米。制备一种光学非线性活性材料，它在350至650纳米范围内没有任何吸收带，已证明是一件困难的事。

通常的客体-主体体系的一个缺点是经极化的膜的稳定性常常会带来一些问题。极化膜的有效非线性系数（d₃₃）被发现经过一段时间以后降低了。有效系数是膜的非线性光学行为的一种指标，它考虑到每个光学非线性活性掺杂剂分子的超极化性对膜内整个非线性光学行为的贡献。此外，掺杂剂在光学透明的高聚物中的溶解度也常常引起一些问题，一般，最多只有5%重量百分数的掺杂剂能被掺入已知的客体-主体体系中。

本发明的一个目的是消除这些缺点，并提供一种含有很高的超极化性掺杂剂的光学非线性活性波导材料。为此目的，本发明的光学非线性活性掺杂剂中包含多于一个给体-π-受体单元。

掺杂剂

含有多于一个给体-π-受体单元的掺杂剂是指这样的一些化合物，它含有并排地排在一起的多个完整的给体-π-受体单元，已经发现这些化合物的电荷转移吸收带的波长与只有一个给体-π-受体单元的掺杂剂差不多是相同的。

最好是，使用那些其中的给体-π-受体单元是处于一个环状基团中的掺杂剂，以这种方式安排的给体-π-受体单元的偶极矩提供最优的相互强化作用，从而给出最大的超极化性（β）。

共轭-π体系可被官能团化的合适的给体基团包括：烷氧基、芳氧基、氨基（-NR₂，-NHR，-NH₂），酰胺基，这时它们通过氮原子偶合;羟基，（NHCOR），-O^-，-S^-，酯基，这时它们通过醇的氧原子偶合（-OCOR）;硫醇醚（-SR），巯基（-SH），卤素（F，Cl，Br，I），烷基和芳基。上述R一般代表烷基。