光激励下有机分子重新取向诱导的液晶三阶光学非线性的动力学过程研究

论文摘要

光场对材料物性（尤其是光学性质）的操控既包含重要的科学问题，也有显见的应用背景。光场作用于材料中少数掺杂分子，通过掺杂分子与材料主体强的相互作用，最终改变整体材料的光学性质的效应，是一类重要的主—客体相互作用。特别是对重要的光电子材料液晶，已知强光电场可改变液晶的取向，而少量染料掺杂导致液晶光学非线性增强的效应被发现，意味着光场致液晶重取向的效率被大大提高，有可能导致低泵浦功率下液晶分子的光定向、光光开关等重要的实际应用。本文主要研究的是具有光致异构特性的有机分子如何在光的激励下，通过与主体分子（聚合物，液晶等）的相互作用，实现对材料体系的物性操控。以瞬态偏振吸收光谱、瞬态光克尔效应、瞬态Z-scan等实验手段，了解光致异构分子—液晶体系受光激励后非线性光学性质改变的动力学过程。本论文的主要创新点是：首先，重点研究了偶氮染料和液态液晶相互作用的动力学过程。首次获得偶氮掺杂液晶体系中，由掺杂分子光致异构效应导致体系光学非线性的增强效应的瞬态动力学过程。建立了基于光致异构效应的新模型，成功地解释了染料导致的非线性增强的实验现象。其次，建立了时间分辨的双色Z—扫描实验装置，用于研究上述增强效应的方向性。发现在长的光激励时间延迟下，相对纯液晶体系，偶氮掺杂液晶表现出明显负增强的各向异性的非线性折射率。论文还研究了其它染料掺杂对液晶光学非线性的增强效应。第三，研究了含光致异构有机分子的高分子聚合物薄膜（聚碳酸酯）在光激励下光学非线性改变的动力学过程。在染料掺杂的液晶盒中实现了相位匹配的光学三次谐波产生（THG）。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 引言及文献综述
• 1.1 引言
• 1.2 染料的光致异构化的光学非线性研究
• 1.3 染料液晶相互作用的研究
• 1.3.1 透明液晶中的光学非线性
• 1.3.2 Jánossy效应
• 1.4 论文结构安排
• 参考文献
• 第二章 背景知识
• 2.1 非线性光学基础
• 2.1.1 强光与物质的相互作用
• 2.1.2 三阶非线性极化率
• 2.1.3 三阶光学非线性效应与三阶非线性极化率
• 2.1.4 强光在非线性介质内的传播
• 2.2 三阶非线性光学效应描述
• 2.2.1 光克尔（Kerr）效应
• 2.2.2 光学三次谐波产生（THG）
• 2.3 三阶光学非线性效应的测量装置
• 2.3.1 光克尔效应的测量装置
• 2.3.2 三次谐波产生（THG）的测量装置
• 3.3.3 Z扫描（Z-Scan）的测量装置
• 2.3.3.1 实验装置
• 2.3.3.2 基础理论
• 2.3.3.3 理论模拟
• 2.3.3.4 实验结果
• 2.3.4 时间分辨的双色Z扫描的测量装置
• 参考文献
• 第三章 光泵浦下有机分子重新取向动力学过程研究
• 3.1 前言
• 3.2 液晶分子的旋转力矩的增强效应的理论模型
• 3.2.1 Marrucci扩展的Jánossy模型描述
• 3.2.2 动态的Marrucci模型描述
• 3.2.3 棒状染料掺杂液晶的光学非线性研究
• 3.2.4 光致异构染料掺杂液晶的光学非线性研究
• 3.2.4.1 泵浦-探测的二向色性的研究
• 3.2.4.2 偶氮掺杂液晶中的OKE研究
• 3.2.4.3 其他掺杂液晶中的OKE研究
• 3.2.4.4 偶氮掺杂液晶中瞬态光矩作用方向的探讨
• 3.3 小结
• 参考文献
• 第四章 掺杂异构染料分子的有机薄膜的光学三阶非线性研究
• 4.1 偶氮薄膜光致三阶非线性光学性质研究
• 4.1.1 引言
• 4.1.2 偶氮薄膜中的三次谐波研究
• 4.1.2.1 实验方法与过程
• 4.1.2.2 实验结果与分析
• 4.2 新型染料掺杂的薄膜光致三阶非线性光学性质研究
• 4.2.1 引言
• 4.2.2 薄膜的光致三阶非线性的时间相关性研究
• 4.2.2.1 光吸收谱线的测量
• 4.2.2.2 薄膜的OKE信号测量
• 4.2.2.3 光学三次谐波产生（THG）测量
• 4.3 小结
• 参考文献
• 第五章 向列型液晶中的三次谐波产生
• 5.1 向列型液晶的光学性质
• 5.2 染料掺杂的向列型液晶中的相位匹配三次谐波的产生
• 5.3 小结
• 参考文献
• 第六章 总结与展望
• 博士期间已发表的论文
• 致谢