شیمی فیزیک

 

سيستم ها براي مواد نوري غيرخطي

 تركيبات مونومري و پليمري آلي و غيرآلي و سيستم هاي هيبريدو غيره ... قابل اجراء براي تركيبات نوري غيرخطي يافته شده است . اين سيستم هاي پليمري مزيتي از طريق سيستم هاي ديگر به علت قدرت فرايندشان و خواص ديگر دارا مي باشد .

چرا مواد آلي خواص نوري غيرخطي (NLO) را دارا مي باشد ؟

 در اين مورد از مواد براي قطع و وصل نور و ذخيره سازي اطلاعات . مطالعه ساختارهاي آلي و غيرآلي دنبال شده است . مواد آلي ممكن سيستم پيشرفته اي با احتمال بي نظير و خمش بالا در مقايسه با مواد غير آلي به دليل راه نسبتا آسان براي فرايند مواد پليمري آلي در شيوه هاي كاربردي فراهم آورد . علاوه بر اين ، در مواد آلي NLO تاثيرات الكترونيكي مي باشد . در تركيبات با ثابت دي الكتريكي پايين ، عملكرد سرعت خيلي بالا ي براي ارتباطات آينده سيستم ها احتياج مي باشد .

براي كاربردهاي قطع و وصل نوري و مواد آلي مزيت مشخصي از طريق مواد غيرآلي دارد . آنها مي توانند فعاليت غيرخطي بالايي به طور استثنائي و نتيجه در پيشرفت اجرايي را داشته باشد.

 براي مثال : شفافيت در طول موج خاص وپايداري در دماي ويژه .

 پلاريزاسيون مواد آلي به طور عمومي سهمي از اجزاء شبكه( اتم ها و مولكول ها ) است. به دليل پيوندهاي درون مولكولي ضعيف  (وان در والسي ، بر هم كنش هاي دو قطبي – دوقطبي و پيوند هيدروژني ) تاثير نوري غيرخطي مولكول هاي كريستالي وابسته به پلاريزاسيون الكترون ها در پيوند اوربيتال  مي باشد .

خواص نوري غيرخطي با افزايش پيوند دوگانه كاهش مي يابد كه با افزايش L – طول سيستم مضاعف يا استخلاف هاي دهنده ( مي تواند الكترون ها را داخل سيستم الكتروني بدهد ) و پذيرنده ( مي تواند الكترون ها را به داخل سيستم الكتروني بپذيرد .)

الكترون دهنده ها : بسياري بر اساس گروههاي آمين NH₂  

CH₃6H₅33233)₂

الكترون پذيرنده ها : بسياري بر اساس گروههاي نيترو NO₂  

SO₂CH₃2CF₃222

روش مضاعف شدن معمولا توسط تركيباتي از حلقه هاي آروماتيك و پليمرها فراهم مي شود

افزايش با توسعه روش مضاعف شدن به صورت زير :

-         افزايش ممكن در تغييرات ممان دو قطبي

-         افزايش ممكن در فوق پلاريزاسيون   و

Fig2-1       مواد آلي براي تاثير نوري غيرخطي از مرتبه دوم را نشان مي دهد.

مولكول هاي با سيستم حلقه اي الكترون

1.    سيستم تك حلقه ای

2.    سيستم هاي دو حلقه اي

مطالعات نشان مي دهد كه مولكول هاي آلي مضاعف شده با نا مستقري كامل سيستم هاي الكتروني تاثير نوري غيرخطي كاملي دارد . وابستگي تابعي گروهها با الكترون هاي پذيرنده و صفات دهندگي در موقعيت انتهايي از پل هاي مضاعف كه منجر به انتقالات باريك بعدي به طور اساسي و افزايش غيرخطي مرتبه دوم مي شود .

چندين مواد پليمري و آلي و غيرآلي براي تهيه NLO يافته شده بود به عنوان مثال :

نمونه هايي از مشتقات نيترو آنيلين مي باشند

2- methyl-4-nitroaniline(MNA)                                                Levine etal .     1979   

2- methyl-4-nitro-N-methylaniline(MNMA)                                sutheretal . 1988 a

methyl-(2,4-alinitrophenyl)-aminopropanoate (MAP)             oudar   etal  .1977 b

N-(4-nitrophenyl)-(L)-prolinol (NPP)                                           zyss etal . 198

 

تاثيرات مسطح بودن مولكول ها روي پلاريزاسيون مرتبه دوم 

گذشته از اين گروههاي دهنده و پذيرنده مناسب و طول مضاعف مولكول ها مسطح ، ديگر جنبه هاي مهم براي رسيدگي است . كه بسيار مهم براي سيستم هاي حلقه اي دو يا چندتايي است .اندازه مسطح بودن همچنين بر سايز، از سيستم الكترون  و تحرك الكترون ها اثر مي گذارد .

اثري از زاويه هاي بد پيچشي بين حلقه ها (مانند سيستم هاي حلقه ي بي فنيل ) مي تواند به طور قابل ملاحظه اي به كاهش انتقال بار كمك كند .

 به عنوان يك مثال مسطح بودن روي تركيبات نوري غيرخطي مرتبه دوم اثر مي گذارد . در سال « 1987 » روي مقداري از براي تركيبات ، آزمايشاتي داشته اند كه استفاده از روش در جدول 2-2 رنگ پذيري حلال پوشي ؟ را نشان داده اند.

  پيوستگي يا اتصال از نيروي گروه OH مولكول در مسطح بودن و بنابراين به افزايش منجر مي شود .

 

 

 

          

 

 

 

         

مواد نوري غيرخطي مرتبه دوم آلي

 

 مواد غيرخطي مرتبه دوم آلي دقت قابل توجه اي را براي ساخت مخلوط فركانس و مشتقات الكترو نوري داشته اند . نورهاي مهم در حوزهاي الكترونيك قديمي همچون مكاتبات ، كار با كامپيوتر ، ذخيره سازي زمان پيوسته كاهش مي يابد . مثلا اين سيستم هاي فيبرنوري اكنون شامل تاسيسات در مخابرات ، و به طور نوري حافظه هاي نشاني را شامل مي شود . اين تغييرات به سوي تكنولوژي نوري به علت پيشرفت وابسته به تكنولوژي مكاتبات فيبرنوري و ديودهاي ليزر نيمه رساناي موثر و امتيازات ذاتي نورها ، به عبارت ديگر پيوندهاي پهن بزرگ،مصون از تداخل الكترو مغناطيسي موازي وسريع است .

حركات نوري غيرخطي مي تواند توسط تحرك سريع پلاريزاسيون در ميدان E بيان مي شود .

كه در اين معادله X² نشان دهنده مرتبه دوم حساسيت تنسور مي باشد. اين كميت هاي تنسور ها و دادن يك مقياس از تاثير پولاريزاسيون ميدان نوري روي الكترون هاي والا نسي بيروني هستند . اندازه قابليت ها به پيوند شيميايي مواد وابسته اند . مرتبه دوم قابليت بدون صفر فقط در ساختارهاي بلور بدون تقارن مركزي است.

 

اصول و شيوه هاي مواد نوري غيرخطي      

 مواد NLO شاخه اي از نورها است كه رفتار نور را در شيوه هاي غيرخطي توصيف مي كند اين مواد غيرخطي به طور خالص فقط در نورهاي خيلي شديد مشاهده مي شود مانند آنهايي كه توسط پالس ليزر فراهم مي شود.

مواد نوري غيرخطي موجب اندركنش هايي از ميدان الكترو مغناطيس در واسطه ي متنوع براي توليد ميدان جديد اصلاح شده در فاز ، فركانس دامنه يا ويژگي هاي انتشار ديگر از ميدان هاي درگير مي شود . وقتي يك پرتوي از نور برروي يك ماده تاثير مي گذارد، آن باعث تغييراتي در اتم ها مي شود تا زماني كه نوسان كنند .

در تركيبات خطي مقذاري از جابه جايي بار متناسب با مغناطيس لحظه اي از ميدان الكتريكي است .

بارها در يك فركانس يكسان همانند فركانس از نور درگير نوسان مي كنند . نوسان بار همچون تابش نور در آن فركانس يا انرژي در روش هاي غير تابشي انتقال يافته است كه نتيجه اي در گرماي مواد و يا مكانيسم هاي ديگر انتقال انرژي مي باشد .

با ميدان هاي كوچك ، جانشيني بار از موقعيت تعادلي پلاريزاسيون (P )به طور نسبي در ميدان E بكار خواهد رفت . كه توصيفي از اثرات نرمال نوري غيرخطي است

P=P₀+X_IJ⁽¹⁾E_J    پلاريزاسيون خطي

به طور كافي رابطه تابش ليزر (شديد) ممكن نيست قانوني باشد و بايد به پلاريزاسيون غيرخطي تعميم داده شود

P=P₀+X_IJ⁽¹⁾E_J   +   X_IJK⁽²⁾E_JE_K  +  X_IJKLE_JE_KE_L   +.................

 

P₀           : پلاريزاسيون خودبه خودي

X⁽ⁿ⁾        : n مرتبه حساسيت Tensor

E         : به كارگيري ميدان الكتريكي

در مواد آلي خواص نوري توسط پلاريزاسيون مولكولي مشخص مي شود .

در مولكول ها معادله ممان دو قطبي (P) به صورت زير است :

 

   : نيروي همان دو قطبي مولكول ها

   : پلاريزاسيون خطي

   : پلاريزاسيون درجه دوم يا فوق پلاريزاسيون درجه اول

   : پلاريزاسيون درجه سوم يا فوق پلاريزاسيون درجه دوم

 

تاثيرات  NLOبه دو دسته تقسيم بندي مي شود :

 

1.    تاثيرات مرتبه دوم كه به فوق پلاريزاسيون اول از تنسور ترم  X⁽²⁾ وابسته است .

2.    تاثيرات مرتبه سوم كه به فوق پلاريزاسيون دوم از تنسور ترم X⁽³⁾ وابسته است .

 

ديگر تاثيرات مرتبه بالاتر متفاوت است .

به طور متوسط حساسيت مرتبه دوم غيرخطي نشان مي دهد كه آن نبايد يك تقارن مركزي داشته باشد آن بايد غير تقارن مركزي باشد . همه گروهها و مولكول ها واكنش مرتبه سوم را نشان مي دهند .

به طور اساسي همه از موادي كه پديده غيرخطي نوري را نشان مي دهند تشكيل شده اند .

         

 

مقدمه

مواد نوري غير خطي يك ترم عمومي ، براي كارايي مواد كه به صورت رويدادهاي غيرخطي نوراني مادامي كه واكنش ها به تغيير طول موج نوري ظهور پيدا كرده اند . نه تنها تقويت نوري بلكه تغييرات مناسب نشانه انعكاس به شدت آن بستگي دارد . مواد نوري غير خطي عمدتا به مواد آلي و غير آلي تقسيم مي شوند در سال 1930 اثر نوري غير خطي وابسته به تغيير طول موج نوري پيش بيني شده بود گفته شده بود كه ممكن است براي اولين بار معلوماتي در مورد رويدادهاي نوري غيرخطي پيدا شود . در سال 1960 گزارش شده بود كه نوسانات ليزر در مواد غيرآلي استفاده مي شود .از آن موقع جستجوهايي دوباره در مورد مواد نوري غيرخطي غير آلي به طور فعال اتفاق افتاده بود اما اين روزها اينجا هم زياد شناخته شده نيست .

از طرفي ديگر، در گزارش گردهمايي ACS در سال 1982 سرعت مطالعات مواد نوري غيرخطي اضافه شده است از آن پس مطالعات به صورت فعال تري شروع شده بود. آن تركيبات آلي با الكترون هاي مزدوج نا مستقر آشكار شدند كه خاصيت نوري غيرخطي و سرعت بالا حساسيت مبني بر قدرت بالاي تحرك از الكترون ها را دارند. قرن 21 عصر فتونيك گفته شده است همچون يكي از تكنولوژي بنيادي فتونيك، اصلاحات تكنولوژي كنترل بر طول موج جلويي كه در اثرات نوري غيرخطي آلي استفاده مي شود بسيار با اهميت مورد رسيدگي قرار مي گيرد . اكنون R&D در مواد آلي با ويژگي هاي نوري غير خطي عالي ، و مطالعات كاربردي شديد و زيادي انجام شده است .

اخيرا پيشرفت هايي در رشته هاي نوري غير خطي ، مجموعه اي براي كاربردهاي مهم در فرايندهاي اطلاعات نوري ، ارتباطات بوجود آورده است كه نور الكتريكي ، نور غير خطي ، انكسار نور مي باشد كه مي تواند در شيوه هاي مختلف استفاده شود در حالي كه موج هاي نوري مورد نياز توسط رشته هاي نوري و الكترونيكي مورد استفاده قرار گيرد .

با پيشرفت هاي كيفي و قدرت بازدهي ديود ليزري نشان دهنده آن است كه سيستم ها و وسيله ي ليزرهاي كاربردي مورد استفاده زياد قرار مي گيرند . نور مخصوص يك پرتو ليزري تعدادي از خصوصيات مفيد ، در نتيجه همدوسي خوب آن ، دانسيته بالا و قدرت پردازش ، سرعت بالاي واكنش پذيري و فركانس و طول موج مختلف را دارد . همه اين خصوصيات ضروري براي تحقق سرعت بالا، ظرفيت بالاي انتقال اطلاعات و فرايند ثبت و ذخيره سازي با چگالي بالاست. به منظور به كارگيري تابع نوري متنوع از يك پرتو ليزر ، واكنش نوري غيرخطي درجه دوم و سوم از يك مواد براي يك ميدان الكتريكي در فركانس راديويي و نوري در فرم يا فرم هاي ديگر به كار گرفته مي شود . مخصوصا پيشرفتي از كنترل مختلف نوري و الكترونيكي همانند تبديل گر فركانس ، مولكول هاي اپتيك الكتريكي يا كاربرد مختلف غيرخطي انكسار نور در واكنش نوري غيرخطي مرتبه دوم شامل تاثير اپتيك الكترونيكي مرتبه اول به طور فعال اتفاق مي افتد.

پيشروي در NLO يك سري از پژوهش هاي آلي و مجموعه اي از مقالات بازبيني شده توسط نفوذ خاص در كوانتوم الكترونيكي است.

مواد نوري غيرخطي آلي توصيف وسيعي از خواص و ويژگي مواد آلي براي كابردها در نوري غير خطي فراهم مي آورد . كتاب ها روي بهينه سازي بنيادي و محدوديت ذرات از تعدادي شكل خوب براي پارامتر نوري مختلف و دادن يك كاربرد باليني از پتانسيل مواد آلي براي كاربردهاي در تكنولوژي بحث مي كنند . تعدادموضوعات بحث شده بر اساس طرح مولكول ها از كروموفورهاي نوري غيرخطي تكنيك هاي جديد و بنيادي از رشد كريستال هاي آلي وفيلم پليمرها روش هاي آزمايش براي تعيين خواص ميكروسكوپي نوري مي باشد .                                      

                                                                                                                                                                                                                                                                            

 

 

فهرست مطالب

 

 

عنوان صفحه

 

مقدمه .................................................................................................    1

اصول و شيوه هاي موادنوری غيرخطي  ........................................................ 2 

مواد نوري غيرخطي مرتبه دوم آلي   ...........................................................  3

تاثيرات مسطح بودن مولكول ها روي پلاريزاسيون مرتبه دوم............................... 3

سيستم ها برای موادنورغيرخطي  ...............................................................5

چرا مواد آلي خواص نوري غيرخطي(NLO) را دارا مي باشد؟  .............................5                                             

توليدهارمونيکدوم...................................................................................... ۹                                             

روش اندازه گيري و طراحي  LNO  ................................................      

مفهوم سيستم هايAZOBANZANE   ........................................................

نمونه هاي كاربردي در مواد نوري غيرخطي  ..................................................14

Refrence              ....................................................................................16

                     

Web site                 ..............................................................................17                    

 

دانشكده شيمي

                   موضوع :

 

Organic Nonlinear Optical Materials

 

   استاد مربوطه :

آقاي دكتر فرمانزاده

   محقق:

عاطفه مرادي مقامي

خرداد ماه ۱۳۸۸