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中心对称分子稀土夹心双酞菁铥LB膜制备及二次谐波产生机制

来源:物理化学学报 浏览 59 次 发布时间:2024-07-09

利用二次谐波产生(SHG)方法研究了中心对称分子稀土夹心双酞菁铥(TmPc2)Langmuir-Blodgett(LB)膜二阶非线性光学特性,测量了二次谐波强度随入射基频光入射角的关系,并对其二阶非线性产生机制进行了讨论。实验结果表明,TmPc2分子LB膜具有较好的二次谐波信号,二次谐波信号强度的最大值在基频光入射角为45°的地方,其二阶非线性极化率χ(2)和分子超极化率β分别为1。152×10-8和1。905×10-30esu。通过测量样品二次谐波信号的偏振特性,并与理论分析相比较,得出其二阶非线性起源于电四极子作用机制。


实验部分


实验所用材料是由山东大学化学化工学院姜建壮教授提供的三明治型酞菁铥化合物TmPc2,其分子结构如图1所示。氯仿从市场购买,纯度为分析纯。以氯仿为溶剂,将TmPc2配制成一定浓度的溶液用于LB膜的制备。LB膜的制备在芬兰产KSV-5000双槽制膜系统上完成,在恒定的温度和表面压力下用水平提拉法制备成LB膜。

图1 TmPc2分子结构


样品二次谐波产生实验装置如图2所示,光源为美国Continuum公司生产的锁模Nd:YAG皮秒激光器,激光器输出的基频光波长为1064 nm,能量为75 mJ,脉冲宽度为35 ps,重复频率为10 Hz,经过衰减,照射到样品上的单脉冲能量为2 mJ左右。激光束经过格兰棱镜,再通过一个半波片(用于调节入射光的偏振状态)后被分光镜分成两束,其中反射光用硅光探测器(Si photodetector)采集后传送到Boxcar门积分器上,用作Boxcar门积分器的触发信号。而透射光经过滤光片(filter)后进入黑暗的封闭空间(图中虚线所示,其作用为阻止外部的光线进入,以保证光电倍增管所探测的信号不受外界信号的干扰)后又被分光镜分成两束,其中的一束光直接照射到被测量的LB膜样品上,用于样品产生二次谐波信号,而另外一束光则照射到标准的Z切型的石英晶体上,测量标准石英样品的二次谐波信号来监测激光输出能量的变化。


LB膜样品和标准石英晶体的二次谐波信号由光电倍增管(PMT)探测,通过Boxcar门积分器采集后输入到计算机中进行数据处理。PMT前放置了隔红滤光片和只透532 nm的干涉滤光片,以保证只有532 nm的光可以进入到PMT中。图中,filter为透1064 nm的滤光片,以保证只有1064 nm的基频光进入黑暗的封闭空间,照射到样品上。Si photodetector为硅光探测器。Sample stage为可绕其法线旋转的样品台,其旋转角度可从0°到360°连续变化,以改变基频入射光入射角的大小。HV是高压电源,可以为光电倍增管提供1300 V的高电压。

图2二次谐波产生(SHG)装置图


结论


利用LB膜技术将中心对称的三明治型酞菁铥分子制备成多层LB膜,研究了其LB膜二次谐波产生特性及其产生机制。二次谐波产生实验表明双酞菁铥的LB膜具有较好的二阶非线性光学特性,分子具有较大的二阶非线性超极化率。根据偏振二次谐波产生的理论与实验值相比较,结合前人得出的结论,认为其二阶非线性起源于电四极子作用机制。