[发明专利]一种低维有机倍频晶体的构筑方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种低维有机倍频晶体的构筑方法。

背景技术

光子学是在研究光子与材料相互作用的基础上探索光子作为能量与信息载体的各种功能与应用。21世纪随着光通信、光计算等大容量高速信息处理的发展，信息传输中需要的存储密度越来越大，处理速度越来越快，这要求单元器件的尺寸小至亚微米甚至纳米量级。为了实现上述目标，人们提出了一种新的学科—纳米光子学。在纳米光子学领域中，一个至关重要的挑战就是发展一个相干的激光发射源。非线性光学是研究相干光与物质相互作用时出现的各种新现象的产生机制、过程规律及应用途径,是在激光出现后迅速发展起来的光学的一个新分支。利用非线性光学材料的倍频、和频、差频和光参量放大等非线性过程可以得到频率与入射光频率不同的激光，达到光频率变换的目的，拓宽了激光光源的波长范围，从而获得新的相干的激光光源。二次谐波（倍频）作为非线性光学领域的基础已经越来越多的受到广泛的关注。同线性光学过程相比，二次谐波具有不受激发波长限制、高的偏振选择性、短暂的响应时间等优势。最近，纳米材料因为有着宽的二次谐波响应范围、不用满足严格的相位匹配限制、和高的光化学稳定性，已经发展成为了潜在的倍频材料。同无机材料相比，有机材料由于具有高的非线性光学性质、快速的响应时间、高的损伤阈值及其容易设计和制备简单等优点，已经被广泛用做非线性光学材料。但是，由于大部分有机晶体是中心对称的，体相材料没有二次谐波响应，因而限制了它们在实际过程中的应用。因此，得到具有高的转换效率、容易制备的低维有机倍频晶体已经成为了一个新的挑战。

发明内容

本发明的目的在于提供一种低维有机倍频晶体的构筑方法，以解决现有技术中存在的上述问题。

本发明公开了一种新颖的低维有机倍频晶体的构筑方法，通过选择合适的主体分子，利用主-客体包合配位自组装的策略，诱导客体分子以非中心对称的结构排列，通过反溶剂扩散的方法使包合配合物分子聚集成为低维有机倍频晶体。

本发明通过如下技术方案实现：

（1）一种构筑低维有机倍频晶体的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

1）选择具有非线性光学响应的客体分子体系，和能够有效诱导非线性光学客体分子非中心对称排列的主体分子体系，将两种分子溶解在同一溶剂中，剧烈搅拌（优选搅拌过夜），形成稳定的包合配合物溶液；

2）将步骤1）得到的包合配合物溶液浇铸于基底上，并且将基底放入一个装有一定量反溶剂的容器（如烧杯）中；

3）选择合适的反溶剂，利用反溶剂扩散法制备得到低维有机晶体材料。

反溶剂法是晶体材料制备的一种通用方法。即将主溶剂与反溶剂结合使用，从而降低待结晶物在溶剂中的溶解性，使溶质析出。

根据本发明，还包括下述步骤：

4）表征步骤3）得到的低维有机晶体材料的二阶非线性光学性质。

根据本发明，步骤4）通过如下实验装置来表征：选用波长为830nm的脉冲钛宝石激光，利用50倍的物镜把该激光聚焦为2μm的光斑来激发单个低维有机晶体。

根据本发明，上述步骤4）中的激发光的强度是通过调节中灰密度滤光镜来改变的，并且它的强度可以通过能量计检测。而且，利用半波片可以改变激发光的偏振方向，从而改变收集到的低维有机倍频晶体的二次谐波强度。

（2）根据（1）所述的方法，步骤1）中所用的具有非线性光学性质的分子为D-π-A结构的分子，如硝基苯胺、分散红、分散橙和吡啶类客体分子体系等。

优选地，所述客体分子为对硝基苯胺。

（3）根据（1）或（2）所述的构筑方法，步骤1）中所用的能够诱导客体分子排列的大环化合物分子，如环糊精、杯芳烃和脱氧胆酸类主体分子体系等。

优选地，所述主体分子为β-环糊精。

（4）根据（1）-（3）任一项所述的构筑方法，其特征在于：所述原理包括利用主-客体包合配位自组装的策略，诱导客体分子以非中心对称的结构排列，通过反溶剂扩散的方法使包合配合物分子聚集成为低维有机倍频晶体。

（5）根据（1）-（4）任一项所述的构筑方法，其特征在于，步骤1）中，所述客体分子与主体分子的摩尔比为10:1-1:10，优选为1:1-1:5，更优选为1:1。

优选地，客体分子为对硝基苯胺，主体分子为β-环糊精，所述客体分子与主体分子的摩尔比为1:1。

（6）根据（1）-（5）任一项所述的构筑方法，其特征在于，步骤2）中所述基底为玻璃基底、石英基底或单晶硅基底。