[发明专利]非线性光学聚碳酸酯

说明书

本发明涉及非线性旋光聚碳酸酯以及包括这些聚碳酸酯的光子元件。具体地说，本发明涉及新颖的非线性光学聚碳酸酯，该聚合物表现出极化性(polability)高、普克尔斯效应稳定性高。

非线性光学材料通常用于光学信号的调制和激光频率变换。这种非线性光学材料一般包括旋光性基团，该基团包括不定域的π系统，该系统的一侧与提供电子的基团相连，另一侧与接受电子的基团相连。术语“供体-π-受体(DπA)系统”在本文中经常使用。

当非线性光学材料在外电场力作用下被极化时，人们观察到许多非线性光学现象，包括频率加倍和普克尔斯效应。利用这些现象，在波导元件(诸如光学开关和倍频器)中使用非线性光学材料是可能的。

一般的说，已经用于电光设备的非线性光学材料是无机晶体，如铌酸锂或磷酸二氢钾。最近已经在研制以有机分子为基础的非线性光学材料，特别是以有机极性分子为基础的非线性光学材料。有机的非线性光学材料的优点在于它们在分子的基础上的非线性旋光度比较高，在电光设备中它们频繁快速切换的能力、以及它们的低介电常数，这使比较高的电光调制频率能够在给定的功耗下得以实现，并且容易制成集成化的设备，特别是在采用聚合物形式的非线性光学材料时，更是如此。

在现有工艺中，已知一些非线性光学聚合物。例如，美国专利U.S.5,208,299揭示出各种各样的非线性光学聚合物(NLO聚合物)，这些聚合物起源于二羟基芳基腙。这类聚合物可以是聚碳酸酯、聚酯碳酸酯和聚羟基醚。在实施例中介绍了聚碳酸酯，它是由二羟基苯腙和双酚A聚合而成的。尽管这些材料表现出按方向的非线性旋光性并且有比较高的玻璃化温度，但是，业已发现它们的光学透明度低于最佳值。日本专利申请，No.J-05-142,600也揭示了一些NLO聚合物，包括含氟聚氨酯、聚酰亚胺、聚酯、聚酰胺、聚碳酸酯和聚醚。据说，这些材料都表现出非线性旋光性并且具有易于控制的折射指数，便于与石英型波导介质相匹配。已公布的欧洲专利申请No.571,271揭示了二阶NLO聚合物以及它们的生产方法。聚硅氧烷、聚甲基丙烯酸酯、聚酯、聚氨酯、聚酰胺、聚酰亚胺、聚丙烯酸酯、聚苯乙烯、聚碳酸酯、聚醚以及它们的衍生物和(或)共聚物都包括在所述的光学聚合物之中。非线性光学成分通过化学键连接在聚合物的主链上。我们自己的共同待审欧洲专利申请No.94202733揭示了一些非线性光学聚碳酸酯，它们包括DπA系统，该系统包括一个键接至芳基基团的供体，该芳基基团通过共轭键连接在一个芳基基团或共轭的环形基团上，该芳基基团或共轭的环形基团又依次键连到一个受体上。这些材料呈现信号损失低、极化性好以及玻璃化温度高。

由上述聚合物制作的聚合物波导管的主要缺点是它们不提供最佳的性能组合。具体地说，这类聚合物材料应当具有高玻璃化温度、良好的极化性、高度稳定的普克尔斯系数以及最小的信号损失。尽管上述的聚合物在这些领域的一个或两个方面表现出良好的性能，但是，这些材料中没有一种材料提供这些性能的最佳组合。

本发明提供一种NLO聚碳酸酯，该聚合物具有低信号损失、良好的极化性、高度稳定的普克尔斯系数、以及高玻璃化温度。

本发明的特征是NLO聚碳酸酯是由单体混合物获得，该混合物包括：

-满足结构式(I)的NLO二元醇，

其中，D是三价的供电子基团，它包括2至30个脂族的、脂环的、芳族的或者杂环的碳原子并且至少包括一个从烷氧基中的氧原子、硫原子、硒原子、氮原子中选择的原子，该原子与苯环直接键连或者通过共轭键连接；R从氢、(卤代的)1至6个碳的烷基和氰基中选择；R1从卤素、-R2、-OR2、-COR₂、-CN和-CF₃的之中选择；并且R²从氢、卤素、1至6个碳的烷基以及卤代的1至6个碳的烷基之中选择，

-按照结构式(II)的化合物：其中，P代表-Cl、O-R³、咪唑，

  Q代表-Cl、O-R³、咪唑，

  R³代表具有1至6个碳原子的(卤代)烷基、(卤代)苯基，

  A代表下述结构：

其中，Y代表--SO₂--、具有1至6个碳原子的卤代烷基，优选是：-CF₂-、-C(CF3)₂、-O-、-S-、4至12个碳原子的环烷基、二脱水己糖基、-C(C₆H₅)₂-，