Дисперсия квадратичной нелинейности поляризованных пленок хромофорсодержащих полиимидов в области резонансного поглощения

Получены рекордные значения нелинейно-оптического коэффициента d₃₃ = 25÷50 пм/В в спектральном диапазоне от 800 до 1500 нм для ряда новых термически стабильных хромофорсодержащих полиимидов в виде тонких пленок. Установлено, что максимум значения сдвинут в длинноволновую область спектра относительно пика поглощения хромофора, что следует учитывать при создании электрооптических модуляторов на основе хромофор-содержащих полимеров.

Хромофорсодержащие полимеры привлекают пристальное внимание исследователей как перспективные материалы для применения в оптико-электронных и фотонных устройствах, таких как оптические переключатели, модуляторы света, оптические элементы логики и памяти, и т.д. Пленки хромофорсодержащих полимеров, поляризованных во внешнем электрическом поле, имеют макроскопическую квадратичную нелинейность, на один-два порядка выше, чем у кристаллических структур, а также пикосекундный оптический отклик и полуволновое напряжение ~1 В. Для практических приложений важным является то, что молекулярная структура хромофора и полимера могут направленно варьироваться с целью увеличения нелинейного отклика и термической стабильности образцов.

Электрооптический отклик таких систем (эффект Поккельса), также как и нелинейно-оптический отклик (генерация второй гармоники), имеют общую природу, которая определяется молекулярной гиперполяризуемостью. Как следствие, одним из наиболее простых и удобных методов измерения нелинейного квадратичного отклика на заданной длине волны является метод Мейкеровских биений, позволяющий производить количественную оценку относительно среды с известной нелинейностью (рис. 1).

Рис. 1. Характерная угловая зависимость интенсивности сигнала второй гармоники тонкой поглощающей поляризованной пленки для p-p и s-p конфигураций поляризаций источник-приемник (Мейкеровские биения). Квадраты и треугольники соответствуют экпериментальным данным, а непрерывная кривая – результату наилучшей аппроксимации теоретической зависимостью.

В ходе работы были синтезированы и исследованы новые хромофор-полиимидные композиты с ковалентно присоединенными органическими красителями дисперсного красного 1 (DR1) и дисперсного красного 13 (DR13).

Сравнительное исследование эффективности генерации второй гармоники в серии новых хромофорсодержащих полиимидов и кристаллическом кварце позволило определить дисперсию квадратичного нелинейный коэффициента d₃₃ полученных образцов в диапазоне 800-1500 нм.

Рис. 2. Дисперсия квадратичного нелинейного коэффициента d33 (символы – экспериментальные данные на длине волны второй гармоники, сплошная линия – коэффициент экстинкции образца). На врезке показана структурная формула полиимида, содержащая ковалентно связанный хромофор DR-1.

Работа выполнена совместно с Институтом высокомолекулярных соединений РАН (г. Санкт-Петербург).

Публикации

1. Yakimansky A.V., Nosova G.I., Solovskaya N.A., Smirnov N.N., Plekhanov A.I., Simanchuk A.E., Gorkovenko A.I. Dispersion of quadratic nonlinearity of polarized films of chromophore-containing polyimides in the range of resonance absorption // Chemical Physics Letters, 2011, vol. 510, № 4–6. P. 237–241.
2. Якиманский А.В., Носова Г.И., Соловская Н.А., Смирнов Н.Н., Жукова Е.В., Смыслов Р.Ю., Некрасова Т.Н., Симанчук А.Э., Горковенко А.И., Плеханов А.И., Лыпенко Д.А., Мальцев Е.И., Хромофор- и люминофор-содержащие полимеры для оптоэлектроники// Всероссийская конференция «Фотоника органических и гибридных наноструктур» (г. Черноголовка, Россия, 5–9 сентября 2011). Сборник тезисов докладов. С.176.
3. Simanchuk A.E., Plekhanov A.I., Gorkovenko A.I., Yakimansky A.V., Second-harmonic generation in poled chromophore-doped polyimide thin films within dye absorption band // ICONO/LAT 2010 (Kazan, Russia, August 23–27, 2010). Technical Digest, CD, ITuQ48.