Nonlinear optics at Laboratory of Organic materials

Mērķis

Projekta vispārīgais mērķis: Informācijas pārraides ātruma palielināšana optiskajās sakaru līnijās kura balstīta uz polimēru elektro - optisko modulatoru izmantošanu.

Projekta specifiskais mērķis: Izstrādāt uzlabotu polimēru elektro - optiskā modulatora izgatavošanas tehnoloģiju un izgatavot elektro-optiskā modulatora prototipu izmantojot sintezētos oriģinālos NLO materiālus.

 

Atbilstošu NLO materiālu radīšana ir pamats tādu ātrdarbīgu polimēru EO modulatoru radīšanai, kuri būtu pietiekami stabili un pielietojami plašā optiskā spektra diapazonā. Sākot ar 2005 LU CFI Organisko materiālu laboratorija sadarbībā ar RTU LĶI aktīvi iesaistījusies šādu materiālu izstrādē, kura tika veikta sekojošu pētījumu programmu ietvaros:

  1. Latvijas ZP grants 05.1467 “Polāru un fotoaktīvu supramolekulāru sistēmu fizikālie pētījumi fotonikai ”;
  2. Latvijas ZP sadarbības projekta 0026 “Nanomateriāli un nanotehnoloģijas” apakšprojektos: ”Nanostrukturētas organisko molekulu un polimēru kārtiņas molekulārai elektronikai” un „Organiskie hromofori nanomateriāliem”;
  3.  VPP Materiālu zinātnē, projekts N°3: ”Materiāli fotonikai un nanoelektronikai balstīti uz jauniem funkcionāliem zemmolekulāriem un augstmolekulāriem organiskiem savienojumiem”

Līdz šim pētījumi tika veikti divos līmeņos:

1. Molekulārāsaistīts ar jaunu oriģinālu NLO hromoforu dizainu un izpēti.

Galvenā uzmanība jaunu hromoforu dizainā tika pievērsta indandiona atvasinājumiem. Šo savienojumu kā NLO hromoforu izmantošana galvenokārt ir pētīta Latvijā, kā arī epizodiski Izraēlā un Ķīnā. Dažiem no Latvijā sintezētajiem savienojumiem piemīt visai interesants īpašību apkopojums – samērā augsta NLO aktivitāte savienojumā ar pietiekamu gaismas caurlaidību pirmajā telekomunikāciju viļņu garumu logā (800 – 900 nm), kā arī samērā neliels (< 5D) molekulas dipola moments. Nelielā dipola momenta vērtība nodrošina iespēju materiālā palielināt hromoforu skaitu tilpuma vienībā un tādējādi palielināt EO efektivitāti [1,2]. Tai pat laikā mūsu teorētiskie un eksperimentālie pētījumi ļauj secināt, ka zemāks dipola moments nodrošina arī lielāku stabilitāti [3]. Paralēli meklējumiem indandiona atvasinājumu klasē veikti pētījumi arī populārajā azobenzolu klasē, kurā izdevies atrast oriģinālus savienojumus ar līdzīgām (sk. iepriekš) optiskajām īpašībām, bet augstāku (> 10D) dipola momentu.

2. Materiālusaistīts ar NLO aktīvu polimēru un organisko stiklu dizainu un izpēti.

Izmantojot Latvijā radītos NLO hromoforus pētījumi veikta trīs materiālu klasēs – „viesis - saimnieks” sistēmas, polimēri ar sānu ķēdēs piesaistītiem hromoforiem un bināro hromoforu organiskie stikli. Pēdējā grupa ir „viesis - saimnieks” saimnieks sistēmas speciāls gadījums, kurā gan „saimnieks” (polimēru matrica) gan „viesis” (hromofors) ir NLO aktīvs. Pie kam šajā gadījuma materiāla NLO īpašības sinerģiski pastiprinās. Iepriekšējo pētījumu rezultātā apzināti vairāki oriģināli materiāli, kuru izmantošana EO modulatoros varētu būt perspektīva. Tā piemēram izmantojot indadiona atvasinājumu iegūts poliuretāns ar augstu termisko stabilitāti (līdz ~ 140 °C) un NLO aktivitāti > 40 pm/V, kurš var tikt izmantots arī 800 – 900 nm logā. Jāpiemin arī uz oriģināla azo hromofora bāzes radītais NLO aktīvais poliuretāns ar izcilu termisko stabilitāti (līdz 170 °C) kurš izmantojams jau sākot ar 600 nm.
Šo pētījumu sasniegumi un iegūtā pieredze un sasniegtie rezultāti rada nepieciešamību uzsākt pētījumus trešajā – NLO ierīču līmenī. Piedāvātā projekts „Polimēru elektro- optiskā modulatora prototipa izstrāde” tiešā veidā turpinās un papildinās iepriekšējos pētījumus. Tā ietvaros paredzēts radīt zināšanu un tehnoloģisko bāzi lai Latvijā radīto oriģinālo NLO materiālu īpašības varētu pārbaudīt un demonstrēt praktiski izmantojamās iekārtās – elektro- optiskos modulatoros. Paredzētā Latvijā radīto oriģinālo NLO materiālu izmantošana pateicoties to unikālajām īpašībām nodrošinās EO modulatora prototipa darbību telekomunikāciju viļņu garumu „pirmajā” un „otrajā” logā. Tas radīs priekšnoteikumus iespējai palielināt informācijas pārraides ātrumu tajās optisko sakaru līnijās, kuras darbojas šajos viļņa garuma logos.

Literatura:

  1. L.R. Dalton, „Rational design of organic electro-optic materials”, J. Phys.: Condens. Matter 15 (2003) R897–R934
  2. M.Rutkis, A.Jurgis, V.Kampars, A.Vembris, A.Tokmakovs,V.Kokars, „Toward device applicable second order NLO polymer materials: definition of the chromophore figure of merit”, Journal of Physics, Conference Series 93, 2007, doi:10.1088/1742-6596/93/1/012028
  3. M.Rutkis, A.Jurgis, „Computer modeling of external electrical field chropophore poling”, International Conference on Functional materials and Nanotechnologies FM&NT 2009, March 31 – April 3, 2009, Riga, Latvia, Book of Abstracts, p 71
 

Organisko Materiālu Laboratorija, Cietvielu Fizikas institūts, Ķengaraga iela 8

Aktualizēts: 31.12.2013.