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1、双光子光聚合反应双光子光聚合反应房德仁导师 刘中民 探讨员1 概述n1931年Goppert-Mayer提出双光子吸取理（Ann.Physik,1931,9:273295）；n20世纪60年头由试验观测所证明(Phys.Rev.Lett,1961,39:13471348)n但由于缺少大的双光子吸取截面材料（均小于10-48cm4s/photon），限制了其应用探讨。n20世纪90年头后，大双光子吸取截面有机分子被渐渐发觉（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、双光子光聚合等光聚合机理n一般的光敏聚合机理为只要染料或者引发剂或
2、光敏剂捕获一个光子，就会产生自由基或阳离子等活性基团，引发单体聚合；或光敏剂本身不能干脆形成自由基，而是将光吸取后把能量传递给单体或引发剂引发聚合，双光子聚合机理与单光子基本相同，惟有光子的吸取机理不同。光聚合机理示意图双光子吸取n双光子吸取过程一般是两个光子同时被一个分子吸取，或者在极短的时间内两个光子被一个分子相继吸取，一般两个光子吸取的时间差小于0.1飞秒（1飞秒=10-15秒）。一般认为吸取是经过一个假想态（virtual state），然后到达一个分子的激发态。双光子吸取示意图双光子吸取示意图双光子吸取与单光子吸取n单光子吸取的强度与入射光强成正比（线形吸取），双光子吸取的强度与入射
3、光强的平方成正比（非线形吸取）；n单光子吸取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单光子吸取的吸取截面为n 10-1710-18 cm4s/photon，对光密度要求小，即使弱光也可发生吸取，在光线经过的地方都会发生聚合，是整体或面上的聚合;双光子吸取截面一般为10-5010-46cm4s/photon，一般在两束光聚焦的焦点处才能同时吸取两个光子，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。n双光子吸取截面：nTP=43ao5 2 TPn 15c fn即双光子可进行立体微加工。双光
4、子吸取的光源n双光子吸取一般接受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,A-D-A,A-D结构等，共轭大键越长，吸取截面越大；分子的偶极矩及极化率都对分子的吸取截面有重大影响。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靠于波长倒数的幂，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材料的容量（理论值为在
5、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光子晶体是用于限制光的一种器件，工作原理与半导体类似。由于光子速度比电子快的多，假如能象限制电子一样限制光子，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供应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一个立体的困难整体结构，材料在不同的部位的尺寸和形态都不同时，利用现有的
6、精密机械尚无有效的方法实现。如非球面透镜的加工，特殊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将计算机协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探讨处于前沿水平；国内北京高校、清华高校、中科院理化所及山东高校在进行这方面的探讨，处于起步阶段。目前的探讨重点：n找寻和合成更大吸取截面的双光子吸取剂；n接着探讨双光子吸取剂在光聚合等方面的应用；n开展大量的理论计算探讨；n谢谢 谢！谢！