一種二芳基乙烯摻雜薄膜雙穩(wěn)態(tài)全光開關及其應用
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于全光開關技術領域，更具體地，設及一種二芳基乙締滲雜薄膜雙穩(wěn)態(tài) 全光開關及其應用。
【背景技術】
[0002] 全光開關是實現(xiàn)全光通信、全光網(wǎng)絡和全光計算機必不可少的關鍵器件，基于有 機光色材料的全光開關是研究的熱點之一。新一代光致變色材料二芳基乙締值A)具有光 學雙穩(wěn)態(tài)、快的光響應速度（皮秒級）及良好的熱穩(wěn)定性和抗疲勞性等優(yōu)良的光學性質(zhì)，二 芳基乙締化合物分子在紫外光激發(fā)下，化合物從無色的開環(huán)體生成有色的閉環(huán)體，而閉環(huán) 體在可見光照射下生成無色的開環(huán)體，因此可構建雙穩(wěn)態(tài)全光開關。目前二芳基乙締雙穩(wěn) 態(tài)分子開關研究報道較多，在紫外和可見光激發(fā)下二芳基乙締的非線性吸收系數(shù)和折射率 可發(fā)生變化，可實現(xiàn)基于吸收系數(shù)和折射率變化的雙穩(wěn)態(tài)全光開關并有潛在應用價值，但 目前基于該機理的全光開關研究鮮為報道。篩選二芳基乙締材料與目前有限的幾種激光光 源匹配，使之滿足材料吸收特性與用于激發(fā)的紫外和可見激發(fā)光及探測光的波長相符合， 是二芳基乙締雙穩(wěn)態(tài)全光開關研究的難點之一。目前中國科學院西安光機所的課題組對二 芳基乙締二芳基乙締聚合物薄膜的光致各向異性方面的研究有相關的報道，但未見關于基 于二芳基乙締滲雜有機薄膜全光開關方面的應用研究報道。查閱國內(nèi)的主要文獻數(shù)據(jù)庫 了解到，對二芳基乙締材料合成和巧光性質(zhì)方面的研究較多，如江西科技師范大學童智鵬 2013年的碩±論文"基于五-六元糖_二芳基乙締化合物的合成及性質(zhì)研究"、李小庭2014 年的碩±論文"基于二芳締二聚體和含氮二芳締的多開關系統(tǒng)研究"，二芳基乙締應用研究 較集中在巧光分子開關方面，如陳紅云2013年10月發(fā)表在《化工新型材料》的論文"光致 變色巧光開關材料的研究進展"、呂光磊2014年1月發(fā)表在《影像科學與光化學》的論文"二 芳乙締巧光開關材料及其應用進展"，徐海兵2014年發(fā)表在《科學通報》第30期的論文"光 致變色金屬_Ru_Pt_Ln_二芳基乙締分子開關"介紹了借助于金屬本身具有豐富的光、電、 磁性質(zhì)，將金屬擱塊引入到光致變色體系中獲得結構新穎、性能獨特金屬分子開關的新方 法。
[0003]目前，針對二芳基乙締全光開關，如何尋求到符合材料吸收特性的工作介質(zhì)材料， 并使之與目前有限的幾種激光光源進行匹配，是二芳基乙締雙穩(wěn)態(tài)全光開關研究中的難 點。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明根據(jù)目前全光開光裝置技術中的不足，提供了一種二芳基乙締滲雜薄膜雙 穩(wěn)態(tài)全光開關。
[0005]本發(fā)明的另一目的在于提供上述全光開關的應用。
[0006]本發(fā)明的技術目的通過W下技術方案實現(xiàn)：
[0007]本發(fā)明提供了一種二芳基乙締滲雜有機薄膜全光開關，包括激發(fā)光源、有機薄膜 和探測光源，所述有機薄膜的成分為順-1，2-二氯基-1，2-雙（2, 4, 5-=甲基-3-嚷吩基） 乙締滲雜到聚甲基丙締酸甲醋；
[0008] 所述激發(fā)光源包括第一激光器和第二激光器，所述第一激光器為375nm紫外激光 器，所述第二激光器為532nm可見激光器；所述探測光源為632. 8nm氮氛激光器；
[0009] 所述全光開關還包括一個曝光定時器，其控制第一激光器和第二激光器交替對有 機薄膜進行照射；
[0010] 所述順-1,2-二氯基-1,2-雙化4, 5-S甲基-3-嚷吩基）滲雜濃度為5~20%。
[0011] 所述順-1，2-二氯基-1，2-雙化4, 5-S甲基-3-嚷吩基）結構如下：
[0012]
〇：
[0013] 本發(fā)明提供的二芳基乙締材料順-1,2-二氯基-1,2-雙化4,5-S甲基-3-嚷 吩基）乙締在375皿紫外光激發(fā)下，化合物從無色的開環(huán)態(tài)生成有色的閉環(huán)態(tài)，樣品的顏 色隨時間變化由無色逐漸變紅色，對632. 8皿透射探測光的吸收逐漸增強，最終達到飽和 吸收狀態(tài)，因此透過薄膜樣品的探測光逐漸減小至最小光強，對應光開關的低電平狀態(tài)，由 于化合物分子的閉環(huán)態(tài)是亞穩(wěn)態(tài)，并且由于632. 8皿探測光受閉環(huán)態(tài)薄膜吸收及光強均較 小，因此對閉環(huán)態(tài)薄膜的影響極小，當紫外激發(fā)光關閉后開關可長時間維持在低電平狀態(tài)， 運是雙穩(wěn)態(tài)的一個穩(wěn)態(tài)；當用532nm激光照射樣品時，二芳基乙締化合物分子從紅色的閉 環(huán)態(tài)生成無色的開環(huán)態(tài)，樣品顏色隨時間變化由紅色逐漸變無色，對632. 8皿透射探測光 的吸收逐漸減小，最終達到飽和狀態(tài)，因此透過薄膜樣品的探測光逐漸增強至最大光強，對 應光開關的高電平狀態(tài)，由于化合物分子的開環(huán)態(tài)是穩(wěn)態(tài)，并且由于開環(huán)態(tài)薄膜對632. 8nm 幾乎沒有吸收，因此對探測光對開環(huán)態(tài)薄膜的幾乎沒有影響，當可見激發(fā)光關閉后開關可 長時間維持在高電平狀態(tài)，運是雙穩(wěn)態(tài)的另一個穩(wěn)態(tài)；運樣，當用曝光定時器控制紫外和可 見光交替照射樣品，探測光可獲得從低電平到高電平再到低電平的全光開關效應，并且低 電平和高電平在激發(fā)光關閉后仍可長時間維持，因此可獲得雙穩(wěn)態(tài)全光開關效應。
[0014] 優(yōu)選地，所述有機薄膜的厚度為100~120ym，所述探測光的功率為0. 2~3yW， 所述紫外光功率為300~40000yW，所述可見光激發(fā)功率為150~5000yW.
[0015] 如前所述，篩選二芳基乙締材料與目前有限的幾種激光光源匹配，使之滿足材料 吸收特性與用于激發(fā)的紫外和可見激發(fā)光及探測光的波長相符合，是二芳基乙締雙穩(wěn)態(tài)全 光開關研究的難點之一，也是本專利技術研究的重要內(nèi)容。本研究根據(jù)二芳基乙締開關材 料的要求及有限的幾種激光光源的波長，對多種二芳基乙締化合物材料的特性進行測試和 篩選，合理選擇了材料特性與激光光源匹配較好的二芳基乙締化合物材料順-1，2-二氯 基-1，2-雙化 4, 5-S甲基-3-嚷吩基）乙締cis-1, 2-Dicyano-l, 2-bis(2, 4, 5-trimet hyl-3-thienyl)ethene，滲雜到聚甲基丙締酸甲醋（PMMA)制成聚合物薄膜樣品，并對薄膜 樣品的吸收和偏振特性等進行了測試與研究，并且，首次取得了W光致吸收為原理的二芳 基金滲雜有機薄膜構建雙穩(wěn)態(tài)全光開關的實驗結果，并建立了面向光致變色材料雙穩(wěn)態(tài)全 光開關器件的理論模型，該理論模型在開關性能參數(shù)的優(yōu)化和機理分析方面發(fā)揮了重要作 用。
[0016] 與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有W下有益效果：
[0017] 本發(fā)明基于提供的二芳基乙締材料的光學特性，在特定的激發(fā)光源和探測光源條 件下，實現(xiàn)了雙穩(wěn)態(tài)優(yōu)良特性的全光開關，其雙穩(wěn)態(tài)維持時間長，制備簡單，讀取信號方便 和讀出損傷較小，所述全光開關對于進一步實現(xiàn)小型全光器件的制備提供了技術支持。
【附圖說明】
[0018] 圖1是二芳基乙締（順-1,2-二氯基-1,2-雙化4,5-S甲基-3-嚷吩基））的 雙穩(wěn)態(tài)吸收光譜。
[0019] 圖2是二芳基乙締滲雜薄膜雙穩(wěn)態(tài)全光開關實驗裝置示意圖。
[0020] 圖3是實施例3中532nm巧mW)和375nm(40mW)激發(fā)光交替激發(fā)下探測光相對透 射強度與時間的關系。
[002。 圖4是實施例4中532皿(150iiW) 375皿(300iiW)激發(fā)光交替激發(fā)下探測光相對 透射強度與時間的關系。
[0022]圖5是實施例5中532nm(150yW)，375nm(300yW)激發(fā)光交替激發(fā)下探測光相對 透射強度與時間的關系。
[0023] 圖6為對比例1中帶光纖的紫外光源叫travioletlamp為紫外激發(fā)光源得到的 探測光相對透射強度與時間的關系。
【具體實施方式】
[0024] 下面通過實施例對本發(fā)明進行具體描述，有必要在此指出的是本實施例只用于對 本發(fā)明進行進一步說明，但不能理解為對本發(fā)明保護范圍的限制，該領域的技術熟練人員 可W根據(jù)上述本發(fā)明的內(nèi)容作出一些非本質(zhì)的改進和調(diào)整。
[0025] 除非特別說明，本發(fā)明采用的試劑、方法和設備為本技術領域常規(guī)試劑、方法和設 備。
[0026] 實施例1二芳基乙締滲雜有機薄膜的制備
[0027] 二芳基乙締化合物采用順-1,2-二氯基-1,2-雙化4,5-S甲基-3-嚷吩基） 乙締cis-1, 2-Dicyan〇-l, 2-bis(2, 4, 5-t;rimeth5d-3-thien5d)ethene(日本TCI公司生 產(chǎn)），使用安捷倫8453型光譜儀測量材料的紫外-可見雙穩(wěn)態(tài)吸收光譜如圖1所示，可見 樣品的兩態(tài)吸收分離情況都較好，無色開環(huán)態(tài)在320nm~380nm吸收較強，并在431nm呈 現(xiàn)吸收峰；有色閉環(huán)態(tài)在515nm吸收較強，并在422nm呈現(xiàn)吸收峰。W聚甲基丙締酸甲醋 (PMMA)為基材，采用環(huán)己酬為溶劑和溶膠一凝膠法制備滲雜薄膜樣品，滲雜濃度分別為 wt6. 5% ,wtlO%，wt20%，薄膜樣品厚度約 120ym。
[0028] 實施例2全光開關裝置的構建：
[0029] 二芳基乙締滲雜薄膜雙穩(wěn)態(tài)全光開關實驗裝置如圖2所示，375nm紫外激光器 Laser和532nm可見激光器Laser分別經(jīng)過中性連續(xù)衰減器NF2和