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中心對稱分子稀土夾心雙酞菁銩LB膜制備及二次諧波產(chǎn)生機(jī)制
來源：物理化學(xué)學(xué)報(bào) 瀏覽 771 次 發(fā)布時(shí)間:2024-07-09
利用二次諧波產(chǎn)生(SHG)方法研究了中心對稱分子稀土夾心雙酞菁銩(TmPc2)Langmuir-Blodgett(LB)膜二階非線性光學(xué)特性，測量了二次諧波強(qiáng)度隨入射基頻光入射角的關(guān)系，并對其二階非線性產(chǎn)生機(jī)制進(jìn)行了討論。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，TmPc2分子LB膜具有較好的二次諧波信號(hào)，二次諧波信號(hào)強(qiáng)度的最大值在基頻光入射角為45°的地方，其二階非線性極化率χ(2)和分子超極化率β分別為1。152×10-8和1。905×10-30esu。通過測量樣品二次諧波信號(hào)的偏振特性，并與理論分析相比較，得出其二階非線性起源于電四極子作用機(jī)制。
實(shí)驗(yàn)部分
實(shí)驗(yàn)所用材料是由山東大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院姜建壯教授提供的三明治型酞菁銩化合物TmPc2，其分子結(jié)構(gòu)如圖1所示。氯仿從市場購買，純度為分析純。以氯仿為溶劑，將TmPc2配制成一定濃度的溶液用于LB膜的制備。LB膜的制備在芬蘭產(chǎn)KSV-5000雙槽制膜系統(tǒng)上完成，在恒定的溫度和表面壓力下用水平提拉法制備成LB膜。
圖1 TmPc2分子結(jié)構(gòu)
樣品二次諧波產(chǎn)生實(shí)驗(yàn)裝置如圖2所示，光源為美國Continuum公司生產(chǎn)的鎖模Nd:YAG皮秒激光器，激光器輸出的基頻光波長為1064 nm，能量為75 mJ，脈沖寬度為35 ps，重復(fù)頻率為10 Hz，經(jīng)過衰減，照射到樣品上的單脈沖能量為2 mJ左右。激光束經(jīng)過格蘭棱鏡，再通過一個(gè)半波片(用于調(diào)節(jié)入射光的偏振狀態(tài))后被分光鏡分成兩束，其中反射光用硅光探測器(Si photodetector)采集后傳送到Boxcar門積分器上，用作Boxcar門積分器的觸發(fā)信號(hào)。而透射光經(jīng)過濾光片(filter)后進(jìn)入黑暗的封閉空間(圖中虛線所示，其作用為阻止外部的光線進(jìn)入，以保證光電倍增管所探測的信號(hào)不受外界信號(hào)的干擾)后又被分光鏡分成兩束，其中的一束光直接照射到被測量的LB膜樣品上，用于樣品產(chǎn)生二次諧波信號(hào)，而另外一束光則照射到標(biāo)準(zhǔn)的Z切型的石英晶體上，測量標(biāo)準(zhǔn)石英樣品的二次諧波信號(hào)來監(jiān)測激光輸出能量的變化。
LB膜樣品和標(biāo)準(zhǔn)石英晶體的二次諧波信號(hào)由光電倍增管(PMT)探測，通過Boxcar門積分器采集后輸入到計(jì)算機(jī)中進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。PMT前放置了隔紅濾光片和只透532 nm的干涉濾光片，以保證只有532 nm的光可以進(jìn)入到PMT中。圖中，filter為透1064 nm的濾光片，以保證只有1064 nm的基頻光進(jìn)入黑暗的封閉空間，照射到樣品上。Si photodetector為硅光探測器。Sample stage為可繞其法線旋轉(zhuǎn)的樣品臺(tái)，其旋轉(zhuǎn)角度可從0°到360°連續(xù)變化，以改變基頻入射光入射角的大小。HV是高壓電源，可以為光電倍增管提供1300 V的高電壓。
圖2二次諧波產(chǎn)生(SHG)裝置圖
結(jié)論
利用LB膜技術(shù)將中心對稱的三明治型酞菁銩分子制備成多層LB膜，研究了其LB膜二次諧波產(chǎn)生特性及其產(chǎn)生機(jī)制。二次諧波產(chǎn)生實(shí)驗(yàn)表明雙酞菁銩的LB膜具有較好的二階非線性光學(xué)特性，分子具有較大的二階非線性超極化率。根據(jù)偏振二次諧波產(chǎn)生的理論與實(shí)驗(yàn)值相比較，結(jié)合前人得出的結(jié)論，認(rèn)為其二階非線性起源于電四極子作用機(jī)制。