科学:新材料使光的频率翻倍

日期:2017-08-15 05:33:14 作者:姚舟礞 阅读:

作者:JOHN EMSLEY萨塞克斯大学的化学家们制作了一种新型复合材料当被来自红外激光的光激活时,它会发出绿光新材料可以在光纤通信中具有重要应用,其中通常需要改变光的频率目前,工程师使用单晶进行更改,但这些都很脆弱肯尼斯·塞登和他在萨塞克斯大学的同事们已经尝试了“非线性”材料,这种材料可以使穿过它们的光频率加倍在这些物质中,材料本身会产生新的光 - 这种现象称为二次谐波为了发生二次谐波,材料的分子必须具有所谓的偶极矩这意味着每个分子中的正电荷中心(由于原子的核)与负电荷的中心(由于电子)不一致物理学家将这种安排称为电偶极子根据电磁学理论,偶极子可以通过光中的振荡电场振动,这使得偶极子发出自己的光通常,这与入射光的频率相同然而,如果入射光强烈,偶极子发射的辐射的频率是入射光的两倍,而辐射是频率的其他倍数以这种方式表现的稀有材料之一是磷酸二氢钾(K + H 2 PO 4) - 如果波长为1064纳米的激光(在光谱的红外区域)照射在材料的晶体上,则一些光会以波长为532纳米的绿光形式出现在二次谐波产生具有实际应用的光纤中,工程师使用无机盐,例如二氢化钾和铌酸锂但这些必须以大型单晶生长,这种单晶昂贵且易碎而且,它们随着使用逐渐变得混浊有机分子也可以显示二次谐波 - 如果它们含有'极性基团',如氨基(NH2)和硝基(NO2)但是这些化合物倾向于形成晶体,其中分子从头到尾排列,抵消它们的偶极矩塞登和他的同事发现了两种具有二次谐波产生的新材料第一类材料也是磷酸二氢盐,但它们具有大的有机“反离子”(Journal of the Chemical Society,Chemical Communications,1989,第1956页)化学家们合成了一种称为磷酸二氢哌啶的化合物在这种盐中,磷酸二氢盐链穿过晶体,通过氢键结合在一起哌啶离子也通过氢键与这些链连接所有这些都以完全相同的方式排列,以便它们的偶极子不会抵消显示二次谐波产生的第二种材料是由Sussex的Seddon和Tony McCaffery以及亚利桑那大学的Paul Calvert(Nature,vol 344,p 49)制作的该材料是一种复合材料,通过在有机聚合物基质中生长更小的晶体而制成这种材料是透明的,散射的光很少通过改变有机聚合物可以简单地改变其折射率研究人员发现这种材料具有化学稳定性,即使在一年之后二次谐波产生的清晰度和效率仍然保持不变苏塞克斯的两名研究生Nazar Azoz和Munteser Kadim通过一种称为温度梯度区熔化的技术制造复合材料它们的复合物由称为3-硝基苯胺的化合物晶体组成,生长在透明的Perspex基质中晶体看起来像有机玻璃中冻结的小针用红外激光测试证明复合材料能够产生第二代一些样品在产生光时的效率是磷酸二氢钾的400倍 Seddon相信,进一步的研究将找到更好的聚合物基质,理想的是与主体晶体具有相同折射率的聚合物基质初步测试表明,这些折射率越接近,