Second Order Nonlinear Optical Polyimides Containing Organic Chromophores with an Oxadiazole Segment

옥사디아졸 결합의 유기 발색단이 도입된 이차비선형 광학 이미드 고분자

It is essential that second order nonlinear optical materials have low optical propagation losses in the wavelengths of second harmonic generation for practical applications in waveguides. Three dipolar chromophores substituted with nitro, cyano, and alkyl sulfone as an electron withdrawing group were prepared. The UV-Vis absorption spectra of the cyano and alkylsulfone chromophores showed a blue-shift compared to the nitro chromophore. The introduction of oxadiazole segment in the chromophore structure led to similar spectral shift. The blue-shift can produce low optical loses at second harmonics. The chromophores were successfully attached to a polyimide, yielding side chain polymers. The nonlinear optical property of the prepared optical polymers was determined by measuring electro-optic coefficient at 1.55 mm. The polymers exhibited high glass transition temperature of over $185^{\circ}C$ and thermal stability to $300^{\circ}C$ through differential scanning calorimeter analysis and thermal gravimetric analysis.

2차 비선형 광학 소재는 광 도파로 응용을 위해 조화파 파장영역에서 낮은 광 진행 손실을 가져야 한다. 이를 위하여 분자에 전자 당김 작용기로 니트로기, 시안기 및 알킬슬폰기가 각각 도입된 세 가지의 쌍극자형 발색단 물질이 합성되었다. 시안기 및 슬폰기를 갖는 발색단의 자외-가시 흡수 스펙트럼은 니트로기를 갖는 발색단에 비해 단파장으로 이동하였다. 또한, 크로모포 분자에 옥사디아졸 연결기를 도입한 결과 광흡수 스펙트럼이 단파장으로 이동하는 유사한 특성을 관찰하였다. 이러한 단파장으로 이동하는 특성은 2차 조화파의 낮은 광손실을 유도할 것이다. 합성된 크로모포는 이미드 고분자에 곁사슬기 형태로 도입하였다. 합성된 고분자의 비선형 광학 성질은 $1.55{\mu}m$ 파장 영역에서 전기광학계수를 측정하고 변환을 통하여 결정하였다. 시차열량 분석계와 열중량 분석계를 이용하여 이들 고분자의 물성 측정을 진행한 결과 $185^{\circ}C$ 이상의 높은 유리전이 온도와 $300^{\circ}C$까지 열적으로 안정함을 보였다.