RICERCA ITALIANA     

Cromofori e polimeri per l' ottica non lineare del secondo ordine ad elevate prestazioni.

Università degli Studi di Napoli "Federico II"

Abstract

Il programma di ricerca prevede la progettazione, la sintesi e la caratterizzazione chimico-fisica ed ottica non lineare (NLO) di cromofori organici e/o metallorganici polifunzionali e di polimeri che li contengono aventi proprietà ottimizzate per l'uso in dispositivi basati su proprietà di ottica non lineare del secondo ordine. Allo stato attuale della ricerca in questo campo vi sono due problemi prioritari da studiare e ai quali trovare soluzione: 1) l'efficace esecuzione dell'orientamento polare (poling) su manufatti in forma di film sottili, in modo da massimizzare l'attività NLO macroscopica, e 2) il mantenimento dell'orientamento polare per tempi quanto più lunghi possibile in condizioni simulanti quelli d'uso nei dispositivi reali.
Le Unità di Ricerca partecipanti al presente Progetto affronteranno con approcci differenti ma complementari i punti sopraesposti. Da studi spettroscopici dell'Unità di Bologna, sulla base delle previsioni teoriche dei valori di e di da parte dell'Unità di Salerno e dall'esperienza pregressa delle altre Unità, si avranno indicazioni per la scelta dei cromofori da utilizzare nella preparazione dei polimeri. In relazione al punto 1) verranno privilegiati cromofori di geometria tale da assicurare una loro buona mobilità nella fase di poling e in relazione al punto 2) verranno scelte quelle strutture adatte a dare polimeri che, dopo il poling, risultino sufficientemente irrigiditi, di modo da assicurare un >>>

Coordinatore Scientifico del Programma di Ricerca

Antonio ROVIELLO Università degli Studi di NAPOLI "Federico II"

Obiettivo del Programma di Ricerca

Il presente Progetto costituisce la naturale prosecuzione della ricerca attualmente in corso nell' ambito di un Progetto PRIN 2002.
Al Progetto afferiscono tutte le Unità di Ricerca precedentemente presenti ed una nuova Unità, costituita da chimici teorici, che completa utilmente le competenze richieste. Nell' ambito del Progetto precedente si è sviluppato un intenso interscambio di sapere e di operare tra le Unità partecipanti, permettendo utili sinergie che nel presente Progetto si intendono sfruttare ulteriormente. L' Unità di Roma " La Sapienza" è confluita nell' Unità di Roma "Tor Vergata".
L' obiettivo del presente Progetto è lo studio di due problemi cruciali che restano ancora aperti allo stato attuale delle conoscenze: a) l' ottimizzazione dell' orientamento polare di manufatti polimerici adatti ad applicazioni in ottica non lineare (NLO) del secondo ordine e b) la stabilizzazione dell' orientamento polare stesso nel tempo e con la temperatura di esercizio a cui presumibilmente il manufatto dovrà essere destinato.
La crucialità del punto a) risiede nel fatto che ad oggi non è ben compreso se, per preparare un materiale con alta attività NLO, sia necessario utilizzare cromofori di attività molecolare NLO quanto più alta possibile, scontrandosi spesso con difficoltà inerenti alla sintesi o/e alla stabilità dei cromofori stessi o con problemi connessi con la loro forte tendenza a strutturarsi che rende difficoltoso il processo di poling e conduce >>>

Risultati parziali attesi

L'Unità di Ricerca di Bologna prevede di: effettuare il percorso completo di sintesi di alcuni dei copolimeri previsti dal progetto, costituiti sia dai comonomeri portatori dei cromofori NLO programmati, sia dai comonomeri alchil-tiofenici funzionalizzati coi due gruppi reticolabili (derivato acrilico ed il cinnamoil derivato); di produrre le prime reticolazioni chimiche e fotochimiche; di effettuare le caratterizzazioni essenziali alla conferma delle strutture e di riuscire ad ottenere reticolazioni su campioni di polimeri in stato di film sottili (non ancora polati) di qualità sufficientemente buona da consentire successive misure di proprietà ottiche.
L'Unità di Ricerca di Napoli prevede, in questa prima fase, di sintetizzare almeno un polimero contenente un cromoforo totalmente organico e di effettuarne la sua caratterizzazione chimico-fisica completa. Sul cromoforo, eventualmente, verrà effettuata la determinazione della struttura cristallina. Inoltre è prevista la preparazione di almeno un copolimero innestato con cromofori organometallici. Tutti i polimeri sintetizzati dovranno essere caratterizzati da un'elevata temperatura di decomposizione in aria, nonché da un'elevata temperatura di transizione vetrosa.
L'Unità di Roma effettuerà:
-la polimerizzazione di fenilacetileni p-sostituiti del tipo NH2-C6H4-CCH, NO2-C6H4-CCH, CH3O-C6H4-CCH, Br-C6H4-CCH, HOOC-C6H4-CCH e >>>

Durata

24 mesi

Base di partenza scientifica nazionale o internazionale

I materiali polimerici dotati di proprietà ottiche nonlineari del secondo ordine trovano la loro potenziale applicazione più importante nel campo della trasmissione di informazione su fibra ottica [1,2]. In tale ambito, infatti, si ha bisogno di sistemi in grado di convertire l'informazione elettrica in ottica e viceversa (modulatori e demodulatori elettroottici). Attualmente, per questo scopo, sono utilizzati sistemi i cui componenti attivi sono materiali inorganici [(Litio Niobato (LN), Potassio Niobato (KN), potassio titanil fosfato (KTP)]. Questi materiali, tuttavia, presentano un primo inconveniente, di tipo intrinseco, legato alla massima velocità di trasmissione che essi possono raggiungere, e che è limitata a qualche decina di Gbit/s (40 Gbit/s per LN); essa, quindi, non consente di sfruttare pienamente l'enorme banda di frequenze messa a disposizione dalla fibra ottica portante (dell'ordine di qualche THz) limitandola a qualche decina di GHz (40 GHz per LN) [3]. Altri inconvenienti sono poi legati alla bassa compatibilità con gli altri materiali (substrati e coatings) componenti delle fibre ottiche e dei dispositivi di ottica integrata ed al costo relativamente alto della produzione di questi materiali che richiede processi di crescita cristallina e scambio ionico. Attualmente, la tecnologia dei modulatori LN sembra aver raggiunto il massimo sviluppo possibile e non sembrano realistici ulteriori miglioramenti delle prestazioni.
D'altra parte, i materiali >>>