有機(jī)共軛聚合物非線性光學(xué)極化率的理論研究.pdf

1、有機(jī)共軛聚合物既能導(dǎo)電、又能發(fā)光，是一種極具發(fā)展前途的人工合成光電材料，而理解和探索這類材料的非線性光學(xué)響應(yīng)是制備有機(jī)光電器件的基礎(chǔ)。共軛聚合物屬于強(qiáng)電.聲耦合體系，摻雜和光激發(fā)都將誘導(dǎo)晶格發(fā)生畸變，形成孤子、極化子和激子等元激發(fā)，而這些元激發(fā)又將影響這類材料的非線性光學(xué)極化率。本工作基于一維緊束縛Su-Schrieffer-Heeger(SSH)模型，并結(jié)合擴(kuò)展的Hubbard模型，在非限制性Hartree-F0ck(HF)平均場近似

2、下，研究了這些元激發(fā)的電子特征及其非線性光學(xué)極化率。并且，采用局域原子電荷微分方法，分析了共軛高分子鏈局部的電荷分布及其對非線性光學(xué)極化率的貢獻(xiàn)。另外，我們也討論了電子.電子相互作用(U、V)和聚合物基態(tài)簡并性對共軛聚合物非線性極化率的影響。 (1)通過對共軛聚合物基態(tài)極化率的計(jì)算，不借助任何外推手段，我們直接觀察到線性極化率和三階非線性極化率的飽和現(xiàn)象，即它們在短鏈時(shí)隨鏈長呈指數(shù)增長，而在長鏈極限下隨鏈長線性增長。并且，應(yīng)用局

3、域原子電荷微分的方法，能夠把每單位元胞對極化率的貢獻(xiàn)分為兩部分。其中一部分來自鏈端極化電荷的擴(kuò)展；另一部分來自元胞內(nèi)電荷的極化。 (2)孤子、極化子、極化子激發(fā)態(tài)等元激發(fā)的存在對共軛聚合物非線性光學(xué)極化率有很大影響。由于局域的額外電荷對外電場的響應(yīng)，大大增強(qiáng)了共軛聚合物的(非線性)極化率。由于孤子、極化子、極化子激發(fā)態(tài)具有不同的晶格結(jié)構(gòu)和能譜特征，它們對共軛聚合物非線性光學(xué)極化率有不同的貢獻(xiàn)。我們發(fā)現(xiàn)：極化子激發(fā)態(tài)對線性和非線性

4、的影響最大，其次是極化子，最后是孤子。 (3)電子-電子相互作用不僅影響共軛聚合物的晶格結(jié)構(gòu)，而且進(jìn)一步地影響體系的非線性光學(xué)極化率。我們發(fā)現(xiàn)，在同一格點(diǎn)電子間相互作用U強(qiáng)的共軛聚合物中，孤子一、三階極化率變大，而極化子及其激發(fā)態(tài)的一、三階極化率卻變小；在相鄰格點(diǎn)電子間相互作用V強(qiáng)的共軛聚合物中，孤子和極化子一、三階極化率變小，而極化子激發(fā)態(tài)一、三階極化率卻變大。 (4)在簡并破缺參數(shù)大的共軛聚合物中，極化子及其激發(fā)態(tài)的