2015 (2) 1

https://doi.org/10.15407/polymerj.37.02.107

Characterization of the polymer nonlinear optical materials

D.O. Mishurov

National Technical University «Kharkiv Polytechnic Institute»

21, Frunze str., Kharkov, 61002, Ukraine

Polym. J., 2015, 37, no. 2: 107-114.

Section: Review.

Language: Ukrainian.

Abstract:

The polymers with nonlinear optical properties represent one of the new classes of materials for photonics and optoelectronics. These materials are attracting considerable interest in ones for many applications such as frequency doublers, optical storage devises, electro–optic switches, and modulators. This review has devoted a critical analysis of the experimental and theoretical methods of determining the nonlinear optical characteristics of the chromophores and chromophore-containing polymers at the molecular and macroscopic level. Various methods used in order to predict the nonlinear optical properties of polymer materials and all ones have merits and demerits. Therefore, there is good reason that the combination of an experiments and quantum-chemical calculations can be powerful tools for the correct interpretation and optimization the nonlinear optical properties of polymer materials.

Keywords: chromophore, nonlinear optics, polymers, method.

Література

1. Prasad P., Williams D. Introduction to Nonlinear Optical Effects in Molecules and Polymers. – New York: Wiley & Sons, 1991. – 307 p.
2. Samyn C., Verbiest T., Persoons A. // Macromol. Rapid Commun. – 2000. – 21, № 1. –P. 1–15.
3. Peyghambarian N. // Int. J. Optics and Photonics. – 2007. – 1, № 1. – P. 7 – 13.
4. Dalton L. // Adv. Polymer Sci. – 2002. – 158. – P. 1 – 86.
5. Marder S. R., Kippelen B., Jen A. K. Y., Peyghambari-an N. // Nature. – 1997. – 388, № 6645. – Р. 845 – 851.
6. Jacobson S., Landi P., Findakly T., Yoon M. J. Stama-toff J. // J. Appl. Polymer Sci. – 1994. – 53, № 5. – P. 649 – 663.
7. Moerner W.E., Silence S.M. // Chem. Rev. – 1994. – 94, № 1. – P. 127 – 155.
8. Viswanathan N. K., Kim Yu D., Bian S., Williams J., Liu W., Li L., Samuelson L., Kumar J., Tripathy S.K. //J. Mater Chem. – 1999. – 9, № 9 – Р. 1941 – 1955.
9. Shishido A. //Polym J. – 2010. – 42, №7. – Р. 525 – 533.
10. Hrozhyk U. A., Serak S. V., Tabiryan N. V., Hoke L., Steeves D. M., Kimball B. R. // Optic. Express. – 2010. – 18, № 8. – P. 8697 – 8704.
11. Kravchenko A., Shevchenko A., Ovchinnikov V., Priimagi A., Kaivola M. //Adv. Mater. – 2011. – 23, № 36. – Р. 4174 – 4177.
12. Tang T., Zeng F., Wu S.Z., Tong Z., Luo D. B., She W. L. // Opt. Mater. – 2004. – 27, № 3. – Р. 585 – 590.
13. Yesodha S. K., Pillai C. K. S., Tsutsumi N. // Prog. Polymer Sci. – 2004. – 29, № 1. – P. 45 – 74.
14. Kajzar F., Lee K. S., Jen A. K.–Y. // Adv. Polymer Sci. – 2003 – 161. – P. 1 – 85.
15. Shi Y.; Zhang C., Zhang H., Bechtel J. H., Dalton L. R., Robinson B. H., Steier W. H. // Science. – 2000. – 288, № 5463. – P. 119 – 122.
16. Jecs E., Kreicberga J., Kampras V., Jurgis A., Rut- kis M. // Opt. Mater. – 2009. – 31, № 11. – P. 1600–1607.
17. Kleinpeter E., Bolke U., Kreicberga J. // Tetrahedron. – 2010. – 66, № 25. – P. 4503 – 4509.
18. Lee S. M., Rhee B. K., Lee S. H., Lee J. C., Park K. H. // J. Photoscience. – 2003. – 10, № 2. – Р. 203 – 208.
19. Shevchenko V.V., Sidorenko A.V., Bliznyuk V. N., Tkachenko I. M., Shekera O. V. // Polymer Sci. Part. A. – 2013. – 55, № 1. – P. 1 – 31.
20. Tasaganva R.G., Kariduraganavar M.Y. Inambar S.R. // Synthetic Met. – 2009. – 159, № 17 – 18. – P. 1812 – 1819.
21. Kim T.–D., Lee K.–S., Jeong Y.H., Jo J.H., Chang S. // Synthetic Met. – 2001. – 117, № 1 – 3. – P. 307 – 309.
22. Verbiest T., Houbrechts S., Kauranen M., Clays K., Persoons A. // J. Mater. Chem. – 1997. – 7, № 11. – Р. 2175 – 2189.
23. Robinson B. H., Dalton L. R. // J. Phys. Chem. Part. A. – 2000. – 104, № 20. – Р. 4785 – 4795.
24. Шевченко В.В., Ткаченко И. М., Сидоренко А.В., Шекера О. В. // Докл. НАН Украины. – 2013. – № 3. – С. 130.
25. Шевченко В.В., Ткаченко И. М., Кононевич Ю.Н., Сидоренко А.В., Шекера О. В. // Докл. НАН Украины. – 2000. – № 7. – С. 136.
26. Шевченко В.В., Ткаченко И. М., Шекера О. В. // Докл. НАН Украины. – 2009. – № 8. – С. 153.
27. Шевченко В.В., Ткаченко И. М., Гомза Ю. П., Близ-нюк В. Н., Шекера О. В. // Полимер. журн. – 2010. – 32, № 3. – С. 243.
28. Shen R. Y. Principles of nonlinear optics. – New York: John Willey & Sons, 1984. – 576p.
29. Kuzyk M.G., Dirk C.W. (Eds.) – New York: Marcel Dekker, 1998. – P. 655–692.
30. Jensen L., van Duijnen P. Th. // J. Chem. Phys. – 2005. –123, № 7. – P. 074307.
31. Makwani D., Vijaya R. // J. Nonlinear Opt. Phys. Mater. – 2009. – 18, № 1. – Р. 85 –97.
32. Balakina M. Yu., Forminykh O. D., Rua F., Brancha-dell V. // Int. J. Quant. Chem. – 2007. – 107, №13. – Р. 2398 – 2408.
33. Dalton L., Benight S. // Polymers. – 2011. – 3, № 3. – P. 1325 – 1351.
34. Belardini A. //Appl. Sci. – 2012. – 2, №4. – Р. 682 – 708.
35. Kajikawa K., Nagamori H., Takezoe H., Fukuda A., Ukishima S., Takahashi Y., Ijima M., Fukada E. // Jpn. J. Appl. Phys. – 1991. – 30, № 10A. – P. L1737– L1740.
36. Zernike F., Midwinter J. E. Applied Nonlinear Optics. – New York: John Wiley & Sons, 1973. – 256 p.
37. Burland D. M., Miller R. D., Walsh C. A. // Chem. Rev. – 1994. – 94, № 1. – Р. 31 –75.
38. Cho B. R., Kim Y. H., Son K. W., Khalil C., Kim Y. H., Jeon S. // Bull Korean Chem. Soc. – 2002. – 23, № 9. – Р. 1253 – 1256.
39. Yu D., Gharavi A., Yu L. // J. Am. Chem. Soc. – 1995. –117, № 47. – Р. 11680 – 11686.
40. Kim M. H., Jin J. I., Lee C. J., Kim N. J., Park C. H. // Bull. Korean Chem. Soc. –2002. – 23, № 7, – Р. 964 – 970.
41. Fuso F., Padias A. B., Hall Jr, H. K. // Macromolecules – 1991. –24, № 8. – Р. 1710 – 1713.
42. Luo J., Qin J., Kang H., Ye C. // Polym. Int. – 2000. – 49, № 11. – Р. 1302 – 1307.
43. Lindsay G. A., Stenger-Smith J. D., Henry R. A., Hoo-ver J. M., Nissan R. A., Wynne K. J. // Macromolecules –1992. – 25, № 25. – Р. 6075 – 6077.
44. Lee J. Y., Kim J. H., Jung W. T. // J. Bull. Korean Chem. Soc.–2007. – 28, №2. – Р. 329 – 332.
45. Francis C.V., White K.M., Newmark R.A., Stephens M.G. // Macromolecules. – 1993. – 26, № 16. – Р. 4379 – 4380.
46. Winkelhahn H. J., Schrader S., Neher D., Wegner G. // Macromolecules. – 1995. – 28, № 8. – Р. 2882 – 2885.
47. Liu L.Y., Lackritz H.S., Wright M. E., Mullick S. // Macromolecules. – 1995. – 28, № 6. – Р. 1912 – 1920.
48. Lee S. H., Kim Y. K., Won Y. H. // Macromolecules. – 1999. – 32, № 2. – Р. 342 – 347.
49. Li Z., Li Z., Di C., Zhu Z., Li Q., Zeng Q., Zhang K., Liu Y., Ye C., Qin J. // Macromolecules. – 2006. – 39, № 20. – Р. 6951 – 6961.
50. Tambe S.M., Tasaganva R.G., Jogul J.J., Castiglione D.C. Kariduraganavar M. Y. // J. Appl. Polymеr Sci. – 2009. – 114, № 4. – P. 2291 – 2300.
51. Fusco S., Centore R., Riccio P., Quatela A., Stracci G., Archetti G., Kuball H. G. // Polymer. – 2008. – 49, № 1. – P. 186 – 191.
52. No H. J., Jang H.–N., Jin Cho Y., Lee J.–Y. // J. Polymer Sci. Part A: Polymer Chem. – 2010. – 48, № 5. – P. 1166 – 1172.
53. Li. Z.A., Zeng Q., Li Z., Dong S., Zhu Z., Li Q., Ye C., Di C.A., Liu Y., Qin J. // Macromolecules. – 2006. – 39, № 24. – P. 8544–8546.
54. Tsutsuni N., Matsumoto O., Sakai W., Kiyotsukari T. // Macromolecules. – 1996. – 29, № 2. – P. 592 – 597.
55. Ja Lee M., Piao M., Jeong M.–Y., Hae Lee S., Min Kang K., Jeon S.–J., Gun Lin T., Rae Cho B. // J. Materials Chem. – 2003. – 13, № 5. – P. 1030 – 1037.
56. Li Z. A., Wu W., Ye C., Qin J., Li Z. // J. Phys. Chem. Part B. – 2009. – 113, № 45. – P. 14943 – 14949.
57. Li Z. A., Dong S., Yu G., Li Z., Liu Y., Ye C., Qin J. // Polymer. – 2007. – 48, № 19. – P. 5520–5529.
58. Li Q., Li Z., Ye C., Qin J. // J. Phys. Chem. Part B. – 2008. – 112, № 16. – P. 4928 – 4933.
59. Li Q., Li Z., Zeng F., Gong W., Li Z. A., Zhu Z., Zeng Q., Yu S., Ye C., Qin J. // J. Phys. Chem. Part B. – 2007. – 111, № 3. – P. 508 – 514.
60. Park C.K., Zieba J., Zhao C.F., Swedek B., Wije- koon W.M.K.P., Prasad P.N. // Macromolecules. – 1995. – 28, № 10. – P. 3713–3717.
61. Chaumel F., Jiang H., Kakkar A. // Chem. Mater. – 2001. – 13, № 10. – Р. 3389–3395.
62. Si J., Qiu J., Kitaoka K., Hirao K. // J. Appl. Phys. – 2001. – 89, № 4. – Р. 2029 –2032.
63. Fiorini C, Charra F., Raimond P, Lorin A., Nunzi J.M. // Optic. Lett. – 1997. – 22, № 24. – Р. 1846 – 1848.
64. Xu G., Liu X ., Si J., Ye P., Li Z., Shen Y. // Appl. Phys. B: Laser. Optic. – 1999. – 68, № 4. – Р. 693 – 696.
65. Guo B., Liu F.S., Zhu L.J., Chena Y., Zhang Q.J., Wang G.M. // J. of Optoelectronics and Advanced Materials. – 2005. – 7, № 3. – P. 1523 – 1528.
66. Vilitis O., Fonavs E., Rutkis M. // Latvian J. of Physics and Technical Sci. – 2011. – 48, № 6. – P. 53 – 65.
67. Wang R.X., Beling C.D., Fung S., Djurisic A.B., Ling C.C., Li S. // J. Appl. Phys. – 2005. – 97, № 3. – Р. 033504.
68. Su C., Sheu T.K., Chang Y.T., Wan M.A., Feng M.C., Hung W.C. // Synthetic Met. – 2005. –153, № 1–3. – Р. 9 – 12.
69. Serbutoviez C., Bosshard Ch., Knоpfle G., Wyss P., Prеtre P., Gиnter P., Schenik K., Chapuis G. // Chem. Mater. – 1995. – 7, № 6. – 1198–1206.
70. Blanchard–Desce M., Alain V., Midrier L., Wort- mann R., Lebus S., Glania C., KramerP., Fort A., Mul- ler J., Barzoukas M. // J. Photochem. Photobiol A. – 1997. – 105, № 2–3. – Р. 115 – 121.
71. Pawlik G., Rau I., Kajzar F., Mitus A.C. // Optic. Express. – 2010. – 18, № 18. – P. 18793 – 18804.
72. Samoc A., Samoc M., Luther-Davies B., Kolev V.Z., Bagien R.K., Luo X., Zha C. // Mol. Cryst. Liq. Cryst. – 2006. – 446, № 1. – P. 123–140.
73. Zhang L., Cui D. // Polymers. – 2011. – 3, № 3. – Р. 1297 – 1309.
74. Maker P.D., Terhune R. W., Nisenoff M., Savage C. M. // Phys. Rev. Lett. – 1962. – 8, № 1. – P. 21 – 22.
75. Hase Y., Kumata K., Kano S.S., Оhashi M., Kondo T., Ito R., Shiraki Y. // Appl. Phys. Lett. – 1992. – 61, № 2. – P. 145 – 146.
76. Jerphagnon J., Kurtz S. K. // J. Appl. Phys. – 1970. – 41, № 4. – P. 1667 – 1681.
77. Clays K., Persoons A. // Rev. Sci. Instrum. – 1992. – 63, № 6. – P. 3285 – 3289.
78. Clays K., Persoons A., De Mayer L. Modern nonlinear optics. Part 3. Adv. Chem. Phys. – New York: Wiley & Sons, 1993. – P. 455–499.
79. Heesink G.L.T., Ruiter A.G.T., van Hulst N.F., Bol- ger B. // Phys. Rev. Lett. – 1993. – 71, №7. – P. 999 – 1002.
80. Noordman O.F., van Hulst N.F. // Chem. Phys. Lett. – 1996. – 253, № 1–2. – P. 145 – 150.
81. Olbrechts G., Strobbe R., Clays K., Persoons A. // Rev. Sci. Instrum. – 1998. – 69, № 6. – P. 2233 –2241.
82. Olbrechts G., Wostyn K., Clays K., Persoons A. // Optic. Lett. – 1999. – 24, № 6. – P. 403–405.
83. Schmalzlin E., Bitterer U., Langhals H., Brauchle C., Meercholz K. // Chem. Phys. – 1999. – 245, № 1–3. – P. 73 – 78.
84. Bosshard Ch., Knоpfle G., Prеtre P., Gиnter P. // J. Appl. Phys. – 1992. – 71, № 4. – P. 1594 – 1605.
85. Zadrozna I., Kaczorowska E. // Struct. Chem. – 2008. – 19, № 1. – P. 131 – 135.
86. Paley S.M., McGill A.R., Howard S.C., Wallance S.E., Harris M.J. // Macromolecules. – 1990. – 23, № 21. – P. 4557 – 4584.
87. Paley M.S., Harris J.M., Looser H., Baumert J.C., Bjorklund G.C., Jundt D., Twieg R.J. // J. Org. Chem. – 1989. – 54, № 16. – Р. 3774 – 3778.
88. Zhang L., Cai Z., Yu Q., Liang, Z. // J .Appl. Polymer Sci. – 1999. – 71, № 7. – Р. 1081 – 1087.
89. Zhang X., Li M., Shi Z., Jin R., Wang X., Yan Y., Yi M., Zhang D. // J. Mater. Sci. – 2011. – 46, № 13. – Р. 4458 – 4464.
90. Xie H.Q., Liu Z.H., Huang X.D., Guo J.S. // Eur. Polymer J. – 2001. – 37, № 3. – P. 497 – 505.
91. Xie H.Q., Huang X.D., Guo J.S. // J. Appl. Polymer Sci. – 1996. – 60, № 4. – Р. 537 – 542.
92. Makwani, D., Vijaya, R. // J. Nonlinear Opt. Phys. Mater. – 2009. – 18, № 1. – Р. 85 – 97.
93. Bredas J.–L. // Adv. Mater. – 1995. – 7, № 3. – P. 263–274.
94. Campagne B., Kirtman B. // Chem. Phys. – 1999. – 245, № 1–3. – P. 213 – 226.
95. Lipinski J., Bartkowiak W. // Chem. Phys. – 1999. – 245, № 1–3. – P. 263 –276.
96. Paineli A. // Chem. Phys. – 1999. – 245, № 1–3. – P. 185 – 197.
97. Di Bello S., Fragala I., Ratner M.A., Marks T.J. // Chem. Mater. – 1995. – 7, № 2. – P.400 – 404.
98. Marder S.R., Perry J.W. // Science. – 1994. – 263, № 5154. – P. 1706 – 1707.
99. Marder S.R., Groman C.B., Meyers F., Perry J.W., Bourhill G., Bredas J.L., Pierce B.M. // Science. – 1994. – 265, № 5172. – P. 632 – 635.
100. Jen A.K.J., Cai Y., Bedworth P.V., Marder S.R. // Adv. Mater. – 1997. – 9, № 2. – P.132 – 135.