有機非線性光學(nonlinear optic, NLO)材料已經獲得相當程度重視，尤其在光電通訊技術方面。而在設計此類材料過程中所面臨到最大問題是：設計一具有強大分子過極化率之發色團，並將其結合到堅硬之母體(matrix)內，使其能在高溫環境下維持高倍頻轉換效率。本論文藉由合成二維發色團及一系列新穎DCM-typed發色團，探討發色團分子結構對非線性光學性質之影響，其中包含非線性光學材料之兩大主題：(1)倍頻轉換效率及(2)熱穩定性。
有機/無機混成非線性光學材料之結構鑑定及其電光特性研究
本研究合成兩種不同維度含矽氧烷鏈段之發色團，以溶/凝膠法方式製備有機/無機混成非線性光學材料。其中，含矽氧烷鏈段之二維發色團Cz2PhSO2OH-TES是以咔唑為主體，其所需旋轉體積較另一個含矽氧烷鏈段之ㄧ維發色團DR19-TES大。二階諧波訊號(d33)證實：混成材料有ㄧ最適化受熱歷程，可展現最佳極化效率。本研究二維混成材料之最佳極化條件為150 ℃預熟化3小時，210 ℃極化60分鐘，此時所得d33值為10.7 pm/V。固態矽譜顯示主要影響混成材料極化效率與穩定性因素是含矽氧烷鏈段發色團之交聯程度而非TMOS之交聯程度。而且二維溶/凝膠系統展現比一維系統更好之動態與時間穩定性，是因為Cz2PhSO2OH-TES在進行溶/凝膠反應後，需要較大旋轉體積才能在混成材料母體中自由移動。
高倍頻轉換效率之非線性光學聚氨酯研究
本研究合成ㄧ系列新穎非線性光學聚氨酯材料。其中，具有非線性光學活性之發色團在結構上擁有不同維度或不同尺寸隔離基團之差異。這些發色團都是以4-(dicyanomethylene)-2-methyl-6-(p- (dimethylamino)styryl)-4H-pyran (DCM-typed dye)為主體。非線性光學聚氨酯含一維發色團結構在鍵結隔離基團後能有效改善材料之熱穩定性，但極化效率卻未隨隔離基團尺寸之增大而ㄧ直提升。過於巨大之隔離基團會限制發色團在高分子母體中移動能力，而展現較差之非線性光學係數。本研究最佳倍頻轉換係數為一維發色團鍵結苯基當隔離基團，此時d33值為68.7 pm/V。聚氨酯含二維發色團結構則顯示絕佳熱穩定性，由於二維發色團需要較大旋轉體積才能在高分子母體中移動。但是，二維系統也表現最差之非線性光學係數，原因是過於堅硬之主鏈結構與扭曲之電荷轉移平面所致。

1. P. A. Franken, A. E. Hill, C. W. Peters, G. Weinreich, Phys. Rev. Lett. 1961, 7, 118
2. P. N. Prasad, D. J. Williams, “Introduction to Nonlinear Optical Effects in Molecules and Polymers” , Willey, New York, U.S.A. 1991
3. O. Ostroverkhova, W. E. Moerner, Chem. Rev. 2004, 104, 3267
4. T. Suhara, H. Nishihara, IEEE J. Quant. Elect. 1990, 26, 1265
5. J. L. Oudar, D. S. Chemla, J. Chem. Phys. 1977, 66, 2664
6. I. D. L. Albert, T. J. Marks, and M. A. Ratner, J. Am. Chem. Soc. 1997, 119, 6575
7. D. R. Kanis, T. J. Marks and M. A. Ratner, Mol. Cryst. Liq. Cryst.Sci. Technol.-Sec. B: Nonlinear Opt
8. K. Y. Wong, Alex K-Y. Jen, and V. Pushkara Rao, Phys. Rev. A 1994, 49, 3077
9. V. Pushkara Rao, Alex K.-Y. Jen, J. Chandrasekhar, I. N. N. Namboothiri, and A. Rathna, J. Am. Chem. Soc. 1996, 118, 12443
10. D. R. Kanis, M. A. Ratner, and T. J. Marks, Chem. Rev. 1994, 94, 195
11. A. Dulcic, C. Flytzanis, and C. L. Tang, J. Chem. Phys. 1981, 74, 1559
12. G. Berkovic, Y. R. Shen, and M. Schadt, Mol. Cryst. Liq. Cryst. B 1987, 150, 607
13. J. Zyss, J. L. Oudar, Phys. Rev. A 1982, 2016
14. M. J. S. Dewar, E. G. Zeobisch, E. F. Healy, and J. P. Stewart, J. Am. Chem. Soc. 1985, 107, 3902
15. H. Yamamoto, S. Katogi, T. Watanabe, H. Sato, S. Miyata, and T. Hosomi, Appl. Phys. Lett. 1992, 60, 8, 935
16. L. Y. Liu, D. Ramkrishna, and H. S. Lackritz, Macromolecules 1994, 27, 5987
17. G. Meredith, J. VanDusen, D. Williams, Macromolecules 1982, 15, 1385
18. G. T. Boyd, C. V. Francis, J. E. Trend, D. A. Ender, J. Opt. Soc. Am. B 1991, 8, 4, 887
19. L. Hayden, G. Sauter, F. Ore, P. Pasillas, J. Hoover, G. Lindasy, J. Henry, J. Appl. Phys. 1990, 68, 456
20. H. L. Hampsch, J. Yang, G. K. Wong, and J. M. Torkelson, Macromolecules 1990, 23, 3648
21. G. A. Lindsay, R. A. Henry, J. M. Hoover, A. Kneosen, and M. A. Motazavi, Macromolecules 1992, 25, 4888
22. J. S. Royal, and J. M. Torkelson, Macromolecules 1993, 26, 5331
23. M. Stahlin, D. Burland, M. Ebert, R. Miller, B. Smith, R. Twieg, W. Volksen, C. Walsh, Appl. Phys. Lett. 1992, 61, 1626
24. M. Stahelin, C. Walsh, D. Burland, R. Miller, R. Twieg, W. Volksen, J. Appl. Phys. 1993, 73, 8471
25. C. Walsh, D. Burland, V. Lee, R. Miller, B. Smith, R. Twieg, W. Volksen, Macromolecules 1993, 26, 3720.
26. J. W. Wu, J. F. Valley, S. Ermer,; E. S. Binkley, J. T. Kenny, G. F. Lipscomb, and R. Lytel, Appl. Phys. Lett. 1991, 58, 3, 225
27. S. Ermer, J. Valley, R. Lytel, G. Lipscomb, T. Van Eck, D. Girton, Appl. Phys. Lett. 1992, 61, 2272
28. T. Watanabe, M. Kagami, H. Miyamoto, A. Kidoguchi, S. Miyata, Nonlinear Optics. Fundamentals, Materials and Devices. Proceedings of the Fifth Toyota Conference on Nonlinear Optical Materials, North Holland Amsterdam, Netherlands 1992, 201
29. W. J. Kuo, G. H. Hsiue, R. J. Jeng, Macromolecules 2001, 34, 2373
30. K. D. Singer, M. G. Kuzyk, W. R. Holland, J. E. Sohn, S. J. Lalama, R. B. Comizzoli, H. E. Katz, M. L. Schilling, Appl. Phys. Lett. 1988, 53, 1800
31. Z. Peng, L. Yu, Macromolecules 1994, 27, 2638
32. W. Leng, Y. Zhou, Q. Xu, J. Liu, Macromolecules 2001, 34, 4774
33. H. E. Katz, M. L. Schilling, T. Fang, W. R. Holland, L. King, H. Gordon, Macromolecules 1991, 24, 1201
34. I. Teraoka, D. Jungbauer, B. Reck, D. Yoon, R. Twieg, C. Willson, J. Appl. Phys. 1991, 69, 2568.
35. D. Jungbauer, I. Teraoka, D. Yoon, B. Reck, J. Swalen, R. Twieg, C. Willson, J. Appl. Phys. 1991, 69, 8011
36. H. Y. Woo, H-K. Shima, K-S Lee, Synthetic Metals 1999, 101, 136
37. X. T. Tao, T. Watanabe, S. Shimoda, D. C. Zou, H. Sato, and S. Miyata, Chem. Mater. 1994, 6, 1961
38. W. J. Kuo, G. H. Hsiue, and R. J. Jeng, Macromol. Rapid Commun. 2001, 22, 601
39. H. C. Tsai, W. J. Kuo, G. H. Hsiue, Macromol. Rapid Commun. 2005, 26, 986
40. D. Levy, L. Esquivias, Adv. Mater. 1995, 7, 120
41. A. J. Ikushima, T. Fujiwara, K. Saito, Jpn. J. Appl. Phys. 2000, 88, 1201
42. C. J. Brinker, G. W. Scherer, Sol-Gel Science: The Physics and Chemistry of Sol-Gel Processing; Academic Press: San Diego, 1990
43. D. A. Loy, B. M. Baugher, C. R. Baugher, D. A. Schneider, K. Rahimian, Chem. Mater. 2000, 12, 3624
44. B. Lebeau, C. Sanchez, Curr. Opin. Solid State Mater. Sci. 1999, 4, 11
45. L. Xu, Z. Hou, L. Liu, Z. Xu, W. Wang, F. Li, M. Ye, Opt. Lett. 1999, 24, 1364
46. J. Wen, G. L. Wilkes, Chem. Mater. 1996, 8, 1667
47. F. Chaumel, H. Jiang, A. Kakkar, Chem. Mater. 2001, 13, 3389
48. L. C. Klein, Sol-Gel Optics, Processing and Applications; Kluwer Academic Press: Boston 1994.
49. D. Riehl, F. Chaput, Y. Levy, J.-P. Boilot, F. Kajzar, P.-A. Chollet, Chem. Phys. Lett. 1995, 245, 36
50. D. H. Choi, J. H. Park, T. H. Rhee, N. Kim, S.-D. Lee, Chem. Mater. 1998, 10, 705.
51. B. Lebeau, S. Brasselet, J. Zyss, C. Sanchez, Chem. Mater. 1997, 9, 1012
52. H. K. Kim, S.-J. Kang, S.-K. Choi, Y.-H. Min, C.-S. Yoon, Chem. Mater. 1999, 11, 779
53. P.-H. Sung, T.-F. Hsu, Y.-H. Ding, A. Y. Wu, Chem. Mater. 1998, 10, 1642
54. J. Jerphagnon, S. K. Kurtz, Phys. Rev. B 1970, 1, 1739
55. S. K. Kurtz, J. Jerphagnon, M. M. Choy, Landolt-Bornstein.,Eds. Numerical Data and Functional Relationships in Science and Technology; Springer: New York 1979, 11, 671
56. H. S. Wu, J. H. Jou, Y. C. Li and J. Y. Huang, Macromolecules 1997, 30, 4410
57. H. Y. Woo, H. K. Shim, K. S. Lee, M. Y. Jeong and T. K. Lim, Chem. Mat. 1999, 11, 218
58. P. H. Sung, T. F. Hsu, Y. H. Ding and A. Y. Wu, Chem. Mat. 1998, 10, 1642
59. D. H. Choi, J. H. Park, T. H. Rhee, N. Kim and S. D. Lee, Chem. Mat. 1998, 10, 705
60. L. Chen, G. Qian, X. Jin, Y. Cui, J. Gao, Z. Wang, M. Wang, J. Phys. Chem. B 2007, 111, 3115
61. J. Kim, J. L. Plawsky, E. V. Wagenen, G. M. Korenowski, Chem. Mater. 1993, 5, 1118
62. N. Tsutsumi, M. Morishima, W. Sakai, Macromolecules 1998, 31, 7764
63. C. Mutter, T. N. M. Bernards, M. P. J. Peeters, J. H. Lammers, M. R. BoÈhmer, Thin Solid Films 1999, 351, 95
64. Z. Liang, Larry R. Dalton, Chem. Mat. 1995, 7, 941
65. H. Ma, B. Chen, T. Sassa, L. R. Dalton, Alex K. Y. Jen, J. Am. Chem. Soc. 2001, 123, 986
66. H. Ma, S. Liu, J. Luo, S. Suresh, L. Liu, S. H. Kang, M. Haller, T. Sassa, L. R. Dalton, Alex K. Y. Jen, Adv. Funct. Mater. 2002, 12, 565
67. J. Luo, S. Liu, M. Haller, L. Liu, H. Ma, Alex K. Y. Jen, Adv. Mater. 2002, 14, 1763
68. L. Shu, A. D. Schlu¨ter, C. Ecker, N. Severin, J. P. Rabe, Angew. Chem., Int. Ed. 2001, 40, 4666
69. V. Percec, C. H. Ahn, W. D. Cho, A. M. Jamieson, J. Kim, T. Leman, M. Schmidt, M. Gerle, M. Moeller, S. A. Prokhorova, S. S. Sheiko, S. Z. D. Cheng, G. D. Ungar, D. J. P. Yeardley, J. Am. Chem. Soc. 1998, 120, 8619
70. J. Luo, M. Haller, H. Ma, S. Liu, T. D. Kim, Y. Tian, B. Chen, S. H. Jang, L. R. Dalton, Alex K. Y. Jen, J. Phys. Chem. B 2004, 108, 8523
71. J. Luo, M. Haller, H. Li, H. Z. Tang, Alex K. Y. Jen, K. Jakka, C. H. Chou, C. F. Shu, Macromolecules 2004, 37, 248
72. Z. Li, Q. Zeng, Z. Li, S. Dong, Z. Zhu, Q. Li, C. Ye, C. Di, Y. Liu, J. Qin, Macromolecules 2006, 39, 8544
73. Z. Li, Z. Li, C. Di, Z. Zhu, Q. Li, Q. Zeng, K. Zhang, Y. Liu, C. Ye, J. Qin, Macromolecules 2006, 39, 6951
74. L. T. Cheng, W. Tam, S. H. Stevenson, G. R. Meredith, J. Phys. Chem. 1991, 95, 10631
75. C. R. Moylan, S. Ermer, S. M. Lovejoy, I. H. McComb, D. S. Leung, R. Wortmann, P. Krdmer, R. J. Twieg, J. Am. Chem. Soc. 1996, 118, 12950
76. Y. S. Yao, J. Xiao, X. S. Wang, Z. B. Deng, B. W. Zhang, Adv. Funct. Mater. 2006, 16, 709
77. L. R. Dalton, C. Xu, A. W. Harper, R. Ghosn, B. Wu, Z. Liang, R. Montgomery, Alex K. Y. Jen, Nonlinear opt. 1995, 10, 383
78. H. Ma, B. Chen, T. Sassa, L. R. Dalton, Alex K. Y. Jen, J. Am. Chem. Soc. 2001, 123, 986