一种非线性光学元件，包括３－甲基－４－甲氧基－４＇－硝基芪，可用于非线性光学和电光效应等领域。（*该技术在2010年保护过期，可自由使用*）
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种包含3-甲基-4-甲氧基-4′-硝基芪的非线性光学系统，该系统可产生二次谐波(SHG)，进行电光调制，并具有其它有用的非线性光学和电光效应。单个分子的非线性光学效应可由下面的展开式表示μ＝μ0+α(1)E+βEE+γEEE+……其中μ是感应偶极矩，μ0是分子的固定偶极矩，α、β和γ分别是表示一级、二级和三级极化特性的张量，E是该处电场。分子的集合(例如晶体)的感应极化强度可由下式表示P＝P0+X(1)E+X(2)EE+X(3)EEE+……其中P为感应极化强度，P0是固定极化强度，X(1)、X(2)、X(3)分别为表示一级、二级和三级感应的张量，E是所加的电场。二次非线性光学效应，例如二次谐波的产生、和频和差频的产生、参量处理和电光效应均从X(2)项中产生。为了得到大的X(2)，分子需有较大的β，并以非中心对称结构结晶。如果中心对称晶体没有X(2)，则不能产生二次谐波。Franken等在《物理学报》(Physical Review Letters)1961年第7期(118-119页)上报导过，当用脉冲红宝石激光来照在石英晶体上时，观测到了二次谐波。他们观测到6943 的光线转变为3472 的二次谐波。采用激光是产生足够大的E以检测到二次谐波产生的唯一有效途径。Coda等在《应用晶体学》杂志1976年第9期(193页)上报导了用4-甲氧基-4′-硝基芪的粉末样品产生了二次谐波。有关有机材料非线性特性的参考文献有《有机和聚合材料的非线性光学特性》(D.J.Williams编，American Chemical Society出版，华盛顿，57-80页，1983);(D.J.Williams，Angew.Chem.Inl.Ed.Engl.，第23卷，690页，1984);《有机分子和晶体的非线性光学特性》第一卷，(D.S.Chemla等编，Associated Press出版，奥兰多，佛罗里达，227-296页，1987)。Ruby在美国专利US3514495公开了一种用4-硝基甲苯与某种芳基醛缩合而制备4-硝基芪的方法。其中未公开本专利技术要点所在的化合物，即3-甲基-4-甲氧基-4′-硝基芪。尽管从Franken等人的发现以来有大量的有机和无机材料被确认可以产生二次谐波，但寻找新材料的工作仍在继续。本专利技术提出一种新的芪衍生物3-甲基-4-甲氧基-4′-硝基芪以及采用此衍生物构成的非中心对称晶体的非线性光学装置。附图说明图1是本专利技术变频器的示意图;图2说明采用3-甲基-4-甲氧基-4′-硝基芪晶体(MMONS)产生二次谐波的方法;图3是本专利技术电光调制器的示意图;图4说明采用MMONS晶体调制偏振光线强度的方法。已经发现，芪的衍生物3-甲基-4-甲氧基-4′-硝基芪(MMONS)不仅具有大的β值，而且具有大的X(2)。这种化合物已显示出可以产生二次谐波，它可获得所有已知的有机化合物中最大的SHG实测数值(相对于尿素)。本专利技术的变频器有产生至少一束电磁辐射入射波束并将其导入具有非线性光学特性的光学元件内的装置，而从光学元件出射的电磁辐射包含至少一种与任何入射波束频率不同的差频，该差频是入射电磁波束频率的偶数倍。该光学元件由以非中心对称空间群形式结晶的3-甲基-4-甲氧基-4′-硝基芪晶体构成。出射的差频辐射最好是倍频辐射(二次谐波)(SHG)。电磁辐射最好是从一个常用的激光器中发出的，例如Nd-YAG激光器、腊曼频移的Nd-YAG激光器、半导体二极管激光器、氩离子或氪离子激光器中的一种。参见图1，光学元件1取向为无数个晶体取向中的一个，它通过相匹配获得局部达到最大的SHG转换。可考虑非临界性、最大非线性特性和增大接收角等因素来选择特定的取向。波长λ的入射偏振光沿光路入射到光学元件上。透镜3将光线聚焦在光学元件1上。出射光由类似的透镜4准直，并经过滤光片5以除去波长为λ的光而使波长为λ/2的光通过。光学元件1最好是其至少一边的线度在0.25毫米以上的单晶，但也可以是嵌在聚合物层或玻璃中的较小的晶体。较小的晶体可以任意取向或沿同一方向排列，最好是沿同一方向排列。对于较小的晶体，如果它们的尺寸小到足以避免光散射，则它们可弥散在聚合物粘合剂中，并压制，注塑或整形为透明的可产生SHG的元件。聚合物粘合剂应选为非MMONS的溶剂。合适的粘合剂包括聚甲基丙烯酸酯，聚甲基丙烯酸甲酯，聚乙烯醇，甲基丙烯酸甲酯与甲基丙烯酸的共聚物，苯乙烯与顺丁烯二酐以及后者的半酯-酸的共聚物，以及Scotch型胶带。对于较大的晶体，若采用具有与合成物相匹配的折射率的粘合剂，则可制成类似的元件，以避免光散射并保持透明。参考图2，所示的MMONS晶体11取向为其Y轴(对应于Aba2类晶体的b轴)垂直取向，其X轴(对应于晶体a轴)取向为与光路成17°角。从Nd-YAG激光器12发出的波长为1.06μm的偏振光沿光路入射到晶体上，偏振面与Y轴成45°。焦距为15厘米的透镜13将光线聚焦在晶体上。从晶体出射的光线由相似的透镜14准直，并经过滤光片15以将1.06μm的光线除掉。入射光的二次谐波以其偏振面平行于Y轴出射。临界相位匹配条件为ny(2ω)＝1/2其中， 1/(n(ω)2) = (Sin217°+Cos217°)/(n2Xn2Z)通过选择室温下的条件使相位匹配条件得到满足。对于上述实验，在光线沿x＝a轴传播时，当入射光偏振方向在Y-Z平面(晶体b-c平面)且与Z轴成45°角时，可以对波长为1.028μ的光线在室温下得到非临界相位匹配。条件为ny(2ω)＝1/2对本领域的专业人员来说，显然，本专利技术的MMONS光学元件也可用于其它利用其非线性特性的装置中，例如和频和差频混频、参量振荡和放大以及电光效应。在光学装置中应用具有非线性光学特性的晶体是已知的，可参考美国专利US3747022，3328723，3262058和3949323。本专利技术的电光调制器包括产生相干电磁辐射束并将其导向光学元件的装置，以及沿一定方向对光学元件施加电场以改变波束传播特性的装置。参考图3，本专利技术的电光调制器采用光学元件21。一对电极22和23附在元件21的上下表面上，通过电极由普通的电压源24施加一个调制电场。光学元件21置于偏振片25、26之间。从Nd-YAG激光器等光源发出的光线27由偏振片25起偏振，被聚焦在光学元件21上，通过晶体传播并受到电场的调制。调制的光线通过检偏器26输出。通过元件21的线偏振光由所加的调制电压的作用而变为椭圆偏振光。偏振片26使偏振态再成为线偏振。施加调制电压改变元件21的双折射并随之改变波速偏振的椭圆度。偏振片26根据椭圆偏振光在其偏振方向上投射的多少来透过光线的一部分。在图4中，方块形MMONS晶体30被切割成其表面垂直于X、Y和Z轴。方块在垂直于Z轴的两个相对表面上装有电极31、32。电压V可由电压源33加在与其相距为d的电极31和32上。从Nd-YAG激光器等光源34发出的并在YZ平面内偏振的光线入射到晶体30上，晶体X轴沿光路取向。在晶体内传过距离L后从晶体出射的光线通过偏振片35。在通过晶体后，光线Z分量迟滞于Y分量一定数量r= (2πL)/(λ) (nZ-ny)+ (πLv)/(λd) (n本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种将电磁辐射束的频率变换为至少另外一种频率的方法，包括：用至少一束具有预定频率的入射辐射波束照射具有Ｘ轴的３－甲基－４－甲氧基－４′－硝基芪非中心对称单晶，以产生至少一束出射辐射波束，该晶体相对于入射波束的传播方向取向能使入射波和出射波位相匹配。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：威尔逊谭，
申请(专利权)人：纳幕尔杜邦公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]
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