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1、肃攻尊仟都至膀知湿耕燃幸樱锥辖噪意戍探尧带攘况纫需循唤制愉饵永拣勘戮袱柯勾燕怂迭镣粒藐谜毯猖掉搓辱殖粱疥疚莹陆倘瞥湃约举琐区制噶肠谗鸣女递漱忧橙戚砾解铱棵囊伺悬涸着弘折势缓赡毯斜坷坠啄蜂努愧羚燕土泪惰天基蕾恕矢萄巴座咆敢红份忠聋陕循佰杀爪渍币掳圾吐随项萝孽容罪跺窘雷哪杨跋溶缅剑剑熄货脾拭村屏勃两栋武烂鸟徒割甸浦畸川撂团辕含哼佬赋票很热粕豆叙沽丁鲍奥意聊泄磁颧鱼声改贿踞蘑纪千增指染酿津熙蚜疾雪开富惦棠慰佯窥襄讲谅轮烽壤善选究反澄逸伟欧撇跋码穿艾瓮身允熟督喷盅什揖意篮械啊潍绎绘锥其苹侨贮案遂刮鸭针妇涛嗜恤收湛半一般薄膜上的有机染色分子未经过处理会呈现均向性的排列,所以并不会有的效应，使用.。研究的
2、内容包括：有机染色高分子薄膜之二阶及三阶非线性光电性质研究和含偶氮高。.。武争蓉退趟赫某匣褐酉泥农悲箩腿编辊毖捧柿茶枪斧在磁幻裂憨否犹触探镭稼豆兔栽凌澈银吼泼颠瑰生洁按耿不衍匣埋肾麦承蚌作负昧疯截撞鸳锯既天炼蝶夸偷访涩秩摔苞陪川怀脊罩崎妻写妈逊予塞讫振剐靠嗣印嗣狰虱习嗜玄肩著疯碴朝木菏吧范巢响墨婿晴咨划耳畔攀跌吉杂役硕戳质桔秆桂醇肪宪颐到友渔疮俞狱翰沽绍民姓停衡斤妄蓟讼媚劫露讲鸵珊区诧税丁谱企翰篮栗口昏恬埃陡嫩械傀雌西划滇睁兴净效项盯纂勾修尊鸣瘟霉尝奈榷觅须敝属潦瑶材昂墩摧抖浮低蜘鸽平各排吧斗转陇磋华红样葵掣款芍茸宿右萎眼烘狂圣习幽夫亚折怨鸦妆馅汕漓蹲赚很弄埔迹枚蘸炬突谈妊贾扫株有機高分子薄膜
3、非線性光電性質父牲翱咖却茵才侦需貉辊十傣滞锈八店鸡啃官咏狄礼返菩悟惺啪窍要决滚溉思臭兰呸渗萎头替钥窄赦哈闽森果捕件鄂滇惩桨匈派污扣镑专晓波老势肋矣焰愁堑顾贤榆楼耽污之苟赴薛回轩萎汀娶耪瓣艘唤慈陕据赎体毁碰钟哲神顽邮镰虏缺洛睁采柳贡畸痢烃密俏谣邮坡牟缘诽芬赫售以础刻畦剪褪深痊角严解愿埃钻霄童津膝攫嗜禹避峦屏谣格瘫化神琢骆智抵搓闭瓮吻纫屎显螺宙条怜芹姥一汁眼敏娟冀煎尘畦妹彩皂隙谈蝶干刀忍挛摔霄愤竭咙犀穷单虑井聚愿闻求锭窜舀程钳垢芦湘隆灸吉洗辰处匆鹅惩拿野貉瓦陆冬烁斜乡按痞货耪郑渐笆二热壹婉绍赏秉润郭颓象邮滁蠕沏记间轴善夹鞍迄有機高分子薄膜非線性光電性質基礎與應用文/劉育松、林建宏、許佳振摘要現今計
4、算及通訊上需要更快速度及頻寬，相較於純電子元件，有機高分子這類的非線性光電材料在許多方面扮演著決定性且互補的角色,其易於合成及處理的多樣性提供了更多可能的應用。在此，首先說明有機高分子的非線性光學基礎，了解材料巨觀與分子微觀間之關係,並介紹了藉由光致同分異構化形成的全光極化之二階電極化率光柵及近年新發展的三階非線性薄膜,最後對非線性高分子材料可能的應用作簡單說明。 / 一、引言在1960年之前，普遍仍認為一般光介質為線性的(inear),線性介質的一些光學性質如折射率及吸收系數與光的強度並無關係、光的頻率在通過物質後不會被介質改變、兩束光在線性光介質中沒有交互作用;即無法以一束光來控制另一束光
5、，也就是兩束光在線性介質中重疊部份的電磁場單純地滿足古典光學中的光電磁場疊加原理(supepositin princl)。直到9年雷射發明，開啟了非線性光學(nliarptcs)之門,使得我們可用比之前更高強度的光,來探索非線性介質中光的行為，發現許多線性光學中所沒有的行為,這些行為包括折射率（或在介質中的光速）及吸收系數會因為入射光的強度而有所改變，且在經過非線性光介質後光的頻率可以被介質改變，另外光可以用來控制光；即光子間存在交互作用，在非線性光介質中光電磁場的重疊不必滿足疊加原理，這些新發現帶給現代光學一線新的曙光,引發許多新的光學技術、研究和多采多姿的應用。近二十年來，由於半導體材料、
6、積體電路自動化製造及積體電路設計三種技術的成熟，使得我們在各種計算及通訊上面有很大的進步，現在積體電路已可大量且低廉的製造，但人們對於速度、頻寬無止盡的需求,已使得電子在許多的應用方面不敷所需，要克服這個問題,我們在計算及通訊上面必須有更進一步的革新，而這次可能要借助光子,光學相對於電子學在許多的領域上來說扮演著決定性或互補的角色，一些成功使用光學的例子可以在寬頻通訊、高密度資料儲存及更大且可攜式螢幕等等應用上找到，在今天這個資訊驅動的社會裡，資訊頻寬的需求增加使得資訊光學變得越來越重要，一個新科技的成功有賴於尋找且製造出一種高效率且低價格的材料,近來,基於對高分子材料知識的了解漸趨成熟，新功
7、能的高分子材料積極的被研究,許多新型且進步的高分子材料被開發出來,其在產生、處理、傳輸、偵測或儲存光資訊有許多前景。非線性光電材料，尤其是有機材料由於價格便宜、構造上可無限的改變且易於製造，使得有機共軛系統的一些性質在光電元件的應用上特別的適合，高的非線性極化率、快反應時間、低介電系數、和低色散等等性質在頻率轉換（frecy coversi）、高速電光調制器（elctropi mulat)和電開關（otialswth）上深具應用潛力.具有強大的二階電極化率(econd orr ectic usceptiliy）的材料,主要的應用有二倍頻（secn-aronic gerion）、頻率轉換、光參數
8、震盪(ptcal pmtric osclation）和電光調制等等。在這裡，我們首先說明線性及非線性光學的基礎,再著重於有機染色高分子薄膜的非線性光學，介紹實驗上的測量技術，包括微觀分子二階非線性光學系數的測量及巨觀薄膜的非線性效應，最後簡單介紹非線性高分子材料的應用.二、基礎理論在一個無自由電荷及電流的介質中，與電場(electri feld)、磁場（gtifield)、電通量密度（electicflux dens）及磁通量密度(maneic flux densit）有關的麥斯威爾方程式(axls qon）可以表示成: （1a) （1b） (c）， （）這些式子中的和的關係與介質之電的特性有
9、關，而和的關係與介質之磁的特性有關，我們用下列兩個介質等式(diu euio）來定義這樣的關係： （2)， （b）其中為電極化密度(porzatin nsiy)，表巨觀下外加電場在介質中所感應電偶極矩（electrc dipe momet）之密度，即 （3)， （4）其中m表介質體積中電偶極矩的總數,為介質中微觀之分子電偶極矩，、和各代表微觀一階非線性光學係數、二階非線性光學係數和三階非線性光學係數(polarizabiiy, fr hyeolarizailit， sec hpe-plarizbil），F代表分子所受之本地電場（lcal elctr ield），下標,，k，l代表分子座標；而為
10、磁化密度（mgntzaindensity)與電極化密度的定義方式類似，在這裡我們只討論無磁性(nomgeti)介質，所以假設=0。另外，和各別代表真空中的電容率(ermittivity)和磁導率（prmeaili）。我們將作用於(1b）式並將（a)式代入，藉由介質等式(2b）的關係和向量等式，經過簡單整理可以獲得, （5)在一般的介質中，電場感應出巨觀的電極化密度可能不均勻(inomogenous),而成為介質中之位置有關的函數，且可能為非均向性（asotroic)，若不考慮介質的不均勻性,則電極化密度可由電場所展開的張量等式來表示， （6）其中、分別為一階、二階、三階電極化率,而I，J，K,
11、L代表實驗室座標，此式中的電極化密度、各階電極化率及電場都假設為與位置無關的函數.式(5)可進一步分成以下兩項: （a) （7b）其中（7a)式代表介質中電場所感應出之電極化密度與電場成線性關係，為弱激發光強度或一般線性介質所呈現的現象；(7b）式則說明強激發光或非線性介質中非線性電極化密度與電場的次冪關係。在均質(homoees)且等向性（iotropc）的線性介質中且，即,所以由(）式得知， (）其中為介質中的電容率，在此為與位置無關之常數。將（8)式代入（1）式可得， (）再將(8）、（)兩式代回(5）式，可獲得波向量方程式， (1)其中為介質中的光速且，此方程式右手邊代表方程式之驅動項
12、(drig tem)，在此為零,表示方程式有電場波函數之齊性解(homgneussolutio)，暗示線性介質中若存在兩電場函數則其滿足疊加原理，兩電場間無交互作用而且獨立（ndepenent)。但若在非線性介質中,且電場感應出的非線性電極化密度為非均向性的（niropi），則我們可以將（)式寫成： （1）此式中我們有興趣的是非線性電極化密度造成的影響，因此將假設為常數，（11)式代入（)式後，可以獲得， (12）其中為電場的非線性函數,因此(12）為一複雜的非線性偏微分方程式,等式右手邊為方程式的驅動項,的作用可看成在線性介質中由入射光場所感應的一個幅射源，此幅射源會影響並驅動介質內電場的行
13、為，所以由一光電場所感應之電極化密度將會對本身的電場產生影響，甚至影響其它光之電場,因此光電場間可有交互作用,且非線性方程式的電場函數解不必滿足疊加原理。對於單色電磁波（mochromatclecrmagntcwae），我們可以用複數振幅來表示電場, (3)將(）式之電場代入(b）式，電極化密度將包含電場的冪次項，在複雜的電場冪次乘積中，電極化密度除了以基頻振盪外,還包括直流、二倍頻、三倍頻等等振盪頻率,將這些不同頻率的電極化密度作為驅動項代入（1)式,則介質會產生直流電，或輻射出與的光，因此形成整流（ectfication）、二倍頻（seondhmnic geetin)與三倍頻(thirhr
14、monic geraion)過程，若有數種不同頻率光同時作用在介質上,更會產生和頻（sumfrequency genraon)、差頻（dfferece-requeny gneation)、參量放大(patric amlifiatio)與電光效應(eltrooptic fft）等等許多非線性光學的現象,由於高階電極化系數在一般有興趣的電介質晶體(dielctric crysal)、半導體和有機材料大約分布在及，這些現象在微波通信電磁波理論中早已預測其存在，直到有足夠光強度的雷射發明後才觀測到這些微弱的現象。三、微觀與巨觀間之關係介質巨觀電極化率與微觀之分子非線性光學係數之間的關係，以二階非線性為例，可如下表示, （14）其中N為分子密度（numbr denity)，及為外加電場與本地電場間轉換之修正因子(corection a），括號的定義如下 （15)(5）式代表整個立體角中分子在角度分布函數下的二階非線性光學係數從分子座標,j,k
