[发明专利]一种超分子非线性光学共晶材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种超分子非线性光学共晶材料及其制备方法和其在激光频率转换器中的应用。在所述共晶材料中，全溴乙氧基柱[5]芳烃为主体分子，4‑[4‑甲氧基苯乙烯基]‑1‑甲基吡啶碘盐为光学活性客体分子，主体分子和光学活性客体分子的化学计量比为2:1；其中，所述主体分子的化学结构式为：所述客体分子的化学结构式为：所述材料稳定性高、不易潮解、非线性光学性能优秀。所述制备方法的结晶过程操作简单，生长条件温和，结晶时间短，设备要求低，制备得的晶体纯度高、质量好。

技术领域

本发明涉及有机光学材料领域，具体涉及一种超分子非线性光学共晶材料及其制备方法和其在激光频率转换器中的应用。

背景技术

随着信息技术和半导体技术的不断发展，人们对光器件、光信息储存器以及光学变频器件的需求日益增长。作为光学器件的核心组成部分，非线性光学材料的研发和生产受到了广泛关注。

非线性光学材料主要分为无机非线性和有机非线性两种，相比于无机非线性材料，有机非线性材料的非线性光学系数高，光损伤阈值大，响应速度快并且光学透明性良好，这使得其在激光倍频、光学开关等领域拥有巨大的应用价值。

4-[4-甲氧基苯乙烯基]-1-甲基吡啶盐(OM)是一种甲基吡啶盐类有机非线性光学材料，其阳离子通过共轭大π键所构建的D–π–A体系赋予其良好的二阶非线性光学性能。但是在研究的过程中OM暴露出了一系列的缺点：首先，甲基吡啶盐类材料在晶体生长的过程中倾向于形成中心对称空间群的晶体，致使其失去非线性光学性能；其次，通过各种方法得到的非中心对称晶体，其分子排列并没有达到最优，其非线性光学性能未能完全表现出来；再者，甲基吡啶盐类固体材料容易潮解，潮解后光学非线性表现差。因此，通过主客体化学内络合的方法构建主客体共晶，改变晶体中甲基吡啶盐类分子的排列方式从而获得具有更大的非线性光学性能、良好的稳定性以及良好的结晶性的材料，具有重要的研究和应用价值。

目前，获得甲基吡啶盐类有机非线性光学材料晶体的方法主要有两种：(1)调整结晶策略以获得非中心对称晶体，例如自发结晶法、斜板法和籽晶法；(2)设计合成较大的π电子共轭体系，提高分子非中心对称性。

公开号为CN 108642558 A的专利说明书公布了一种用于有机晶体自发成核生长的环形阶梯底座及系统，该有机晶体自发成核生长系统包括水浴循环装置、温度控制装置和晶体生长装置，可以有效控制晶核成核位置，有效避免晶核生长过程中晶体粘连问题，还可以保持水溶液温度稳定性，提高晶体成品率。但是这套装置过于复杂，且能耗较高。

公开号为CN 113293439 A的专利说明书公布了一种有机非线性光学晶体材料DOBT及其制备方法，得到的晶体属于非线性光学晶体，结构中带有苯并噻唑环的分子，进一步提升了晶体的非中心对称程度，有利于产生较大的二阶非线性光学系数。但是这合成路线原料价格高而且晶体结晶时间太长，不利于生产推广。

发明内容

针对本领域现存的不足之处，本发明提供了一种非线性光学共晶材料——BrP5-OM及其制备方法和其在激光频率转换器中的应用。本发明提供了一种非线性光学共晶材料BrP5-OM，所述材料稳定性高、不易潮解、非线性光学性能优秀，在波长为1030nm激光的照射下会产生波长为515nm的倍频激发光。本发明还提供了所述材料的制备方法，结晶过程操作简单，生长条件温和，结晶时间短，设备要求低，制备得的晶体纯度高、质量好。

一种超分子非线性光学共晶材料，在所述超分子非线性光学共晶材料中，全溴乙氧基柱[5]芳烃(记为BrP5)为主体分子，4-[4-甲氧基苯乙烯基]-1-甲基吡啶碘盐(记为OM)为光学活性客体分子，所述主体分子和所述光学活性客体分子的化学计量比为2:1；

其中，全溴乙氧基柱[5]芳烃的化学结构式如下：

4-[4-甲氧基苯乙烯基]-1-甲基吡啶碘盐的化学结构式如下：