有機(jī)π-電子共軛材料的線性與非線性光學(xué)性質(zhì)研究.pdf

1、有機(jī)分子具有結(jié)構(gòu)多樣性和易修飾性，可根據(jù)實(shí)際的需要設(shè)計(jì)合成具有特定性質(zhì)的功能材料。PPV及其衍生物具有苯環(huán)和雙鍵交替的易離域化的π電子共軛結(jié)構(gòu)和可摻雜性，其結(jié)構(gòu)易于剪裁，可以通過分子設(shè)計(jì)改變主鏈或側(cè)鏈的結(jié)構(gòu)來優(yōu)化材料的性能。卟啉、酞箐及其衍生物是一類二維平面結(jié)構(gòu)的π共軛電子體系，其結(jié)構(gòu)具有可修飾性，如外環(huán)上可接任意取代基、中心金屬可以改變、環(huán)的大小可以擴(kuò)展等。這三類材料都具有較大的非線性系數(shù)、較快的光學(xué)響應(yīng)速度、較高的激光損傷閾值、良好

2、的化學(xué)和熱穩(wěn)定性，其原料價(jià)格低、易于大量制取等，這些優(yōu)異的特性使得這些材料在高速光開關(guān)、光存儲、光限幅器、變頻器、光通訊及有機(jī)發(fā)光等領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用價(jià)值。因此，探索這類具有π電子共軛體系材料的結(jié)構(gòu)特征，研究其線性和非線性光學(xué)特性具有非常重要的意義，不僅可以指導(dǎo)我們合成更有價(jià)值的材料，而且可以為實(shí)際應(yīng)用提供有益的幫助。 本論文主要利用吸收光譜、熒光光譜和皮秒激光系統(tǒng)對三類有機(jī)π-電子共軛材料的線性和非線性光學(xué)特性進(jìn)行了研究，并用

3、離域電子共軛結(jié)構(gòu)理論和共振、非共振增強(qiáng)理論對實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了分析，試圖從結(jié)構(gòu)和共振增強(qiáng)等方面更深入地了解其非線性光學(xué)特性的本質(zhì)。論文共分為五章，各章主要內(nèi)容概括如下： 第一章，簡要介紹了非線性光學(xué)的研究背景、發(fā)展現(xiàn)狀及實(shí)際應(yīng)用，著重介紹了有機(jī)材料的三階非線性光學(xué)效應(yīng)及Z-掃描技術(shù)測量三階非線性光學(xué)系數(shù)的原理與方法。另外，對光限幅特性的機(jī)制與研究進(jìn)展也作了簡要的介紹。 第二章，詳細(xì)地研究了側(cè)鏈長度的不同對MEH-PPV和DO

4、-PPV兩種PPV衍生物光學(xué)性質(zhì)的影響，并從π-電子共軛結(jié)構(gòu)理論和共振、非共振增強(qiáng)理論進(jìn)行了分析。結(jié)果表明，側(cè)鏈較長的MEH-PPV的吸收峰和熒光發(fā)射峰比DO-PPV相應(yīng)的吸收和熒光峰均有所紅移；側(cè)鏈結(jié)構(gòu)及共振增強(qiáng)使得MEH-PPV的三階非線性極化率比DO-PPV增強(qiáng)了近兩個(gè)量級，并在532 nm激發(fā)時(shí)，x<'(3)>具有最大值9.30×10<'-10>esu。 第三章，系統(tǒng)地研究了三種取代基不同的卟啉化合物T(4-HP)P、T

5、(4-EP)P和T(4-BrP)P的線性與非線性光學(xué)性質(zhì)。結(jié)果表明，強(qiáng)給電子基團(tuán)取代的T(4-HP)P的吸收和熒光發(fā)射峰比弱給電子基團(tuán)取代的T(4-EP)P及吸電子基團(tuán)取代的T(4-BrP)P有明顯紅移；三種樣品均具有正的三階非線性極化率，強(qiáng)的給電子能力和共振增強(qiáng)使得T(4-HP)P的三階極化率比T(4-BrP)P增強(qiáng)了近兩個(gè)量級，并在532nm激發(fā)時(shí)，x<'(3)>具有最大值6.81×10<'-10> esu。觀察到樣品在1064 n

6、m下的雙光子吸收和532 nm下的反飽和吸收現(xiàn)象，并在此基礎(chǔ)上研究了以雙光子吸收為機(jī)理的光限幅特性，實(shí)驗(yàn)表明樣品的光限幅特性很好。 第四章，主要采用皮秒激光系統(tǒng)研究了兩種不同金屬原子取代的酞箐配合物p-HPcCo和p-HPcZn的三階非線性光學(xué)性質(zhì)及其光限幅特性。Z-掃描結(jié)果表明，兩種樣品均具有正的三階非線性極化率，強(qiáng)的吸電子能力和共振增強(qiáng)使得p-HPcZn的三階極化率比p-HPcCo增強(qiáng)了近兩個(gè)量級，并在532 nm激發(fā)時(shí)，x