[发明专利]非线性光学晶体2‑[(E)‑2‑(3‑甲氧苯基‑4‑羟基)乙烯基]‑1‑甲基喹啉4‑氯苯磺酸盐

说明书

技术领域

本发明属于功能材料领域，具体涉及非线性光学晶体2-[(E)-2-(3-甲氧苯基-4-羟基)乙烯基]-1-甲基喹啉4-氯苯磺酸盐的制备、同质异晶结构，以及其作为潜在的非线性光学吸收材料和倍频材料的应用。

背景技术

随着光纤通信技术的快速发展，人们对超大容量信息的采集、处理、传输和存贮等提出了更为苛刻的要求。传统的光纤通信系统中主要采用电子开关元件对信号进行光电转换，此类装置容易产生时钟偏移、严重串话、高损耗、响应慢等缺点，已成为进一步提高信息运载能力的“瓶颈”。为此，人们提出构建全光信息网络，以达到实现更大信息传输量、更高传输速率和更快响应速度的目标。其中，利用材料的非线性光学效应而制备的全光开关元件，在信息转换过程中无需进行光-电-光的转换过程，可以根据外加的激励源有选择性传输光信号，从而实现高效率的光交换和光传输路径变换。因此，探索新颖的、可应用于全光开关的三阶非线性光学材料是当前人们关注的研究热点之一。

全光开关大致可以分为Mach-Zehnder型、平面反射型、光克尔型以及频移型等，其工作原理主要基于材料的非线性光学响应。例如，平面反射型全光开关利用材料的可饱和吸收特性进行工作，其工作原理比较简单，所需要的控制光强度较低，响应时间在皮秒量级。对于此类全光开关材料有如下的基本要求：非线性吸收效应强；响应时间快；工作窗口波段宽；与光线耦合效率高和易于器件集成等。无机半导体是人们研究比较多的一类材料，但是由于其非线性响应主要起源自材料的晶格畸变和共振吸收，响应速度不是很快，很难满足现代光通信技术的发展要求。此外，无机材料存在着制备工艺繁琐、可选择种类少等缺点，尤其材料内存在的共振吸收导致抽运光束的损失以及材料温度的增加，这对集成光电子器件产生较大的影响，进而限制了实际的应用范围。

与无机材料相比，有机三阶非线性材料具备独特的自身优势，如非线性光学系数较大、透光范围宽和响应速度快，以及易于进行分子裁剪、结构修饰和集成性能高等。近年来，有机材料的三阶非线性光学性能逐渐受到人们的重视，一些性能优异的材料逐渐被开发出来，如偶氮化合物、希夫碱系化合物、酞菁卟啉类化合物、有机硫酮、二茂铁衍生聚合物等具有较大π电子共轭体系的材料，以及富勒烯、高分子聚合物和原子簇化合物等。

有机三阶非线性光学材料的非线性响应主要起源于离域π-电子受到强光场的作用所形成的极化重排，具有分子内电荷迁移系统的π电子共轭结构是该类材料的重要结构特征。在强光作用下，分子的几何弛豫起源于激发态π电子密度的瞬间变化即波函数的较大修正，整个分子激发态π电子的变化是引起非线性光学极化的关键。有机染料分子通常具有较大的π电子共轭体系，电子离域作用和电子的非简谐效应显著，光致激发容易使分子内的跃迁偶极矩增大从而呈现出较明显的三阶非线性光学效应。因此，运用有机发色体的结构模型，可以设计出具有较强光电耦合特征的三阶非线性光学材料。

发明内容

本发明的目的在于公开一种非线性光学晶体2-[(E)-2-(3-甲氧苯基-4-羟基)乙烯基]-1-甲基喹啉4-氯苯磺酸盐，以及作为非线性光学吸收材料和倍频材料的潜在应用。

本发明所提供的有机非线性光学晶体为2-[(E)-2-(3-甲氧苯基-4-羟基)乙烯基]-1-甲基喹啉4-氯苯磺酸盐，其分子结构示意如下：

该分子晶体是通过阴阳离子键和库伦作用力形成的离子型有机盐化合物，结构组成中的阳离子基团是一个含有较强电荷转移性的π-电子共轭体系，其羧基 -OH和阴离子磺酸根SO₃^-之间通过O-H···O氢键链接。X-射线单晶衍射的测试结果表明：该化合物的分子式为C₂₅H₂₂NO₅SCl，属于单斜晶系且存在两种不同的晶体构型：晶型I属于P2₁/n空间群，参数为β＝103.351(4)°，Z＝4，晶型II属于Pc空间群，参数为β＝108.476(1)°，Z＝2，

本发明提供了非线性光学晶体2-[(E)-2-(3-甲氧苯基-4-羟基)乙烯基]-1-甲基喹啉4-氯苯磺酸盐的制备方法。具体步骤如下：

(a)将等量的4-氯苯磺酸甲酯、2-甲基喹啉和4-羟基-3-甲氧基苯甲醛在甲醇溶液中混合，以哌啶为催化剂进行回流反应24h，得暗黄色溶液，经冷却、结晶后，可获得2-[(E)-2-(3-甲氧苯基-4-羟基)乙烯基]-1-甲基喹啉4-氯苯磺酸盐晶体；