双光子光聚合反应讲课教案.ppt

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1、双光子光聚合反应1 概述n1931年Goppert-Mayer提出双光子吸收理（Ann.Physik,1931,9:273295）；n20世纪60年代由实验观测所证实(Phys.Rev.Lett,1961,39:13471348)n但由于缺少大的双光子吸收截面材料（均小于10-48cm4s/photon），限制了其应用研究。n20世纪90年代后，大双光子吸收截面有机分子被逐渐发现（10-46cm4s/photon）。如双光子上转换激光、双光子光限幅、双光子三维光存储、双光子光动力学疗法、双光子光聚合等双光子吸收示意图双光子吸收示意图双光子吸收与单光子吸收n单光子吸收的强度与入射光强成正比（线形

2、吸收），双光子吸收的强度与入射光强的平方成正比（非线形吸收）；n单光子吸收的辐照光源一般在紫外区（400nm），双光子在可见-近红外区（800nm），长波长使得入射光的损耗较小，在介质中的穿透性好；n单光子吸收的吸收截面为 10-1710-18 cm4s/photon，对光密度要求小，即使弱光也可发生吸收，在光线经过的地方都会发生聚合，是整体或面上的聚合;双光子吸收截面一般为10-5010-46cm4s/photon，一般在两束光聚焦的焦点处才能同时吸收两个光子，引发聚合反应，聚合反应只发生在入射光波长立方（3）范围的微小体积内。双光子吸收截面：TP=43ao5 2 TP 15c f即双光子可

3、进行立体微加工。双光子吸收的光源n双光子吸收一般采用较大功率的红宝石或蓝宝石脉冲激光器，波长800nm1000nm左右，要求激光器的功率大于一个最低值，一般在30J100J。利用双光路聚焦的方法。双光子光聚合光敏引发剂一般要求：具有共轭大键，吸电子基团，给电子基团，如D-D,D-A-D,A-A,nA-D-A,A-D结构等，共轭大键越长，吸收截面越大；分子的偶极矩及极化率都对分子的吸收截面有重大影响。双光子海量信息存储n在光学存储技术中信息存储密度依赖于波长倒数的幂，该幂的次数等于存储信息的空间维数。利用该技术，可以存储的容量理论上可以达到1.21014bits/cm3,远远超出现有的二维光存储

4、材料的容量（理论值为在200nm波长下，2.5109bits/cm2）（Science,1989,245:843845;Applied Physics Letters,1999,74:13381340）光子晶体的加工n光子晶体是用于控制光的一种器件，工作原理与半导体类似。由于光子速度比电子快的多，如果能象控制电子一样控制光子，就有可能制造出比电子计算机速度更快、功能更强大的光子计算机。光子在传播中几乎不消耗能量。由于双光子聚合可以提供规律性很好的周期性结构，成为光子晶体制造的有效方法（Nature,1999,398:5154）三维操控和微加工n一个立体的复杂整体结构，材料在不同的部位的尺寸和形

5、状都不同时，利用现有的精密机械尚无有效的方法实现。如非球面透镜的加工，特别是微型非球面透镜是目前的技术难题之一，双光子聚合可以用来解决该问题。Kawata将计算机辅助设计和双光子聚合技术相结合，成功的制造出了红细胞大小的立体公牛（长10m，高7m）（Nature,2001,412:697698）。另外还制作出了一个微小的弹簧，弹簧的直径为300nm，用激光作动力拉动弹簧，测出了弹簧的弹性常数为8.2nNm-1.nNature,2001,412:697698展望n国际上美国和日本的研究处于前沿水平；国内北京大学、清华大学、中科院理化所及山东大学在进行这方面的研究，处于起步阶段。目前的研究重点：n寻找和合成更大吸收截面的双光子吸收剂；n继续研究双光子吸收剂在光聚合等方面的应用；n开展大量的理论计算研究；n谢谢 谢！谢！