J-aggregates聚合物膜的超快飞秒光克尔效应的研究

张敏

(郑州大学物理工程学院,河南 郑州 450001)

伴随着光信息时代的到来,作为重要的信息载体的有机非线性光学材料因其具有大的光学非线性系数、快速的响应和良好的可加工性等特点,在光开关、光调制、光储存、光计算等诸多方面展现出巨大的应用前景,其相关研究已构成光子信息材料领域的重要组成部分[1-3].在众多的有机非线性光学材料中,J-aggregates[2,2′- dimethyl -8- phenyl- 5,6, 5′,6′ -dibenzothia-carbocyanine chloride (JA)]染料分子[4]由于窄的吸收谱宽(其半高全宽为20 nm)、短的激发态寿命(约几个皮秒)及大的三阶光学非线性系数,而被广泛应用于全光调制和全光开关的相关研究中[5-7].作为有机非线性光学材料的重要性能指标,测量三阶光学非线性效应的方法和技术很多,如三次谐波产生[8]、四波混频[9]、z-扫描[10]、光学光克尔(OKE)效应等[11]. 其中光学光克尔效应技术是目前公认的测量材料的三阶非线性极化率和材料响应弛豫的一种有效的方法. 本文中采用超快飞秒光克尔光路[8],详细测量J-aggregates染料分子和聚乙烯醇(PVA)聚合物膜的制备及其光学三阶非线性效应. 该实验的研究结果将对J-aggregates/PVA聚合物薄膜在未来的信息载体中的应用研究起一定的指导作用.

1 实验部分

J-aggregates染料分子的化学结构式如图1所示[5]. 当该染料分子吸收光时,由Kramers-Kronig (K-K)关系可知,它的折射率大小会发生改变. 为了用超快飞秒光克尔系统测量该染料分子的折射率变化,首先把它和聚乙烯醇(PVA)混合制成混合物,然后在玻璃衬底上旋涂制膜：旋涂速度为1 500 r/min,旋涂时间为30 s. 用台阶仪和静场光学测量得到膜厚均为180 nm,在显微镜下观察,JA染料分子在玻璃上分散均匀,膜厚分布一致.