[发明专利]太赫兹非线性光学晶体4-(4-二甲基氨基苯乙烯基)甲基吡啶·对氯苯磺酸盐

说明书

技术领域

本发明属于功能材料领域，特别涉及一种非线性光学晶体4-(4-二甲基氨基苯乙烯基)甲基吡啶·对氯苯磺酸盐，及其生长制备方法和用于制作太赫兹辐射源光学器件的应用。 

背景技术

太赫兹波(Terahertz, THz) 通常是指频率范围在0.1－10 THz的电磁波，介于微波与红外范围之间。太赫兹波具有低光子能量、高穿透性和强相干性等独特优势，在物理、化学、天文学、医学和生命科学等基础研究领域，以及安检、环境检测、卫星通讯和武器精确制导等应用领域体现出重要的科学价值和应用前景。近年来，随着半导体微电子技术、超快激光技术以及非线性光学频率转换技术的快速发展，与太赫兹辐射相关的技术逐渐成为国际研究的热点之一。其中，以非线性光学晶体为主要材料载体、基于光学方法(尤其是非线性光学)的各种太赫兹辐射源，凭借其显著的性能特征，在众多太赫兹产生技术中表现出举足轻重的地位，受到了人们极大的关注。  

对于应用于太赫兹辐射源的非线性光学晶体，要求材料尽最大可能满足如下条件：(a)大的非线性光学系数；(b)在作用范围内具有较高的透过率；(c) 高的光学质量和抗光损伤阈值；(d) 良好的相位匹配能力；(e) 较小的介电系数; (f) 可获得大尺寸单晶并易于加工设计等。以4-(4-二甲基氨基苯乙烯基)甲基吡啶对甲基苯磺酸盐(简称DAST)为代表的有机非线性光学晶体，在该领域表现出很强竞争力和良好应用前景，是目前在太赫兹波辐射的产生和探测过程中获得了广泛 应用的一类非线性光学材料(P.Y. Han, M. Tani, F. Pan, X.C. Zhang, Use of the organic crystal DAST for terahertz beam applications, Opt. Lett., 2000, 25: 675-677.)。与无机晶体材料(如LiNbO₃和LiTaO₃等)相比，DAST晶体具有更大的非线性光学系数和电光系数，较低的介电常数，以及较长的相干度和较快的响应时间。不但有利于实现差频位相匹配、用于产生太赫兹辐射波，而且非常适用于对太赫兹波辐射的高速调制和探测(M. Jazbinsek, L. Mutter, P. Gunter, Photonic applications with the organic nonlinear optical crystal DAST, IEEE J. Quantum Electron., 2008,14: 1298-1311)。因此，DAST及其系列晶体已经被广泛地应用于太赫兹波的产生与检测过程。 

但是，在制备高质量、大尺寸DAST晶体的过程中，仍然存在一些困难。例如，由于该晶体非常容易与水分子结合，形成具有中心对称结构的化合物DAST·H₂O，导致材料的非线性光学效应完全消失。因此，在生长DAST晶体的过程中，必须严格控制水的含量，最大限度地降低水对晶体性能的影响。另外，在利用DAST晶体设计太赫兹辐射源光学器件的过程中，也对工作环境中的水含量和湿度提出了苛刻的要求。鉴于此，对DAST系列吡啶盐类非线性光学晶体开展的一个重要研究内容，就是优化材料的分子组成和晶体结构，研制出综合性能优异和生长条件宽松的新晶体材料。要求材料不仅具有优异的非线性光学效应和电光效应等，使其满足于产生太赫兹辐射波；同时具有适宜的制备方法、宽松的生长条件和稳定的物化性能，为后续的光学器件设计提供材料支撑。 

鉴于此，发明人设计合成一种新颖的非线性光学晶体材料：在DAST阳离子结构基元的基础上引入对氯苯磺酸阴离子；不仅保证晶体具有良好的非线性光学效应，同时提高材料的物化稳定性，克服了DAST晶体易于结合水的缺点。 

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种非线性光学性能优异、生长条件宽松的太赫兹非线性光学晶体材料：4-(4-二甲基氨基苯乙烯基)甲基吡啶·对氯苯磺酸盐。 

本发明的目的之一在于提供4-(4-二甲基氨基苯乙烯基)甲基吡啶·对氯苯磺酸盐晶体的生长制备方法。 

本发明的目的之一在于提供4-(4-二甲基氨基苯乙烯基)甲基吡啶·对氯苯磺酸盐晶体作为太赫兹辐射源光学器件的应用。 

本发明的技术方案如下： 

本发明所提供的非线性光学晶体为4-(4-二甲基氨基苯乙烯基)甲基吡啶·对氯苯磺酸盐，其分子结构示意如下：