功能有機(jī)共軛小分子的超快光學(xué)非線性及光物理機(jī)制研究.pdf

1、有機(jī)共軛分子因具有成本低廉、結(jié)構(gòu)多變、非線性極化率大和響應(yīng)速度快等特點(diǎn)，在全光開(kāi)關(guān)、光限幅、雙光子熒光成像、光學(xué)信息存儲(chǔ)、光學(xué)微加工及光動(dòng)力療法等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。有機(jī)共軛材料的宏觀非線性光學(xué)性質(zhì)依賴于材料的微觀結(jié)構(gòu)和激發(fā)態(tài)的非線性極化。通過(guò)研究不同結(jié)構(gòu)的有機(jī)共軛分子在飛秒脈沖激發(fā)下的非線性光學(xué)性質(zhì)及激發(fā)態(tài)動(dòng)力學(xué)響應(yīng)，一方面可以加深人們對(duì)激光與物質(zhì)相互作用的認(rèn)識(shí)和理解，另一方面也可為今后開(kāi)發(fā)新型非線性光學(xué)材料提供理論指導(dǎo)和實(shí)驗(yàn)支持

2、。本論文針對(duì)有機(jī)陽(yáng)離子、鹵族陰離子效應(yīng)、主要非線性基團(tuán)在前線分子軌道的占有比率、外圍功能團(tuán)及分子內(nèi)部的能量轉(zhuǎn)移過(guò)程，利用Z掃描技術(shù)和時(shí)間分辨的泵浦探測(cè)技術(shù)對(duì)多種功能有機(jī)共軛小分子的超快非線性吸收及光物理機(jī)理進(jìn)行了理論分析和實(shí)驗(yàn)探究，解析出物質(zhì)內(nèi)在的結(jié)構(gòu)－性能的關(guān)系，開(kāi)展的研究工作包括下面幾個(gè)部分：
　　利用Z掃描方法、光限幅實(shí)驗(yàn)及瞬態(tài)吸收譜從鹵族陰離子和有機(jī)陽(yáng)離子基團(tuán)兩種組分要素對(duì)有機(jī)共軛嗪類材料的超快非線性響應(yīng)進(jìn)行系統(tǒng)研究。發(fā)現(xiàn)

3、嗪類材料的超快非線性吸收主要與分子結(jié)構(gòu)中的有機(jī)陽(yáng)離子基團(tuán)有關(guān)，而鹵族陰離子對(duì)非線性吸收貢獻(xiàn)較少；結(jié)合飛秒瞬態(tài)吸收譜，通過(guò)建立簡(jiǎn)化的三能級(jí)光物理模型，確定了四種材料的單重激發(fā)態(tài)吸收截面和單重激發(fā)態(tài)壽命。
　　利用量子化學(xué)計(jì)算、多波段Z掃描實(shí)驗(yàn)和飛秒脈沖下的簡(jiǎn)并泵浦探測(cè)及瞬態(tài)吸收譜實(shí)驗(yàn)對(duì)含芘基同分異構(gòu)體的寬波段非線性光學(xué)響應(yīng)進(jìn)行了系統(tǒng)地研究。通過(guò)量子化學(xué)計(jì)算出各個(gè)組分在前線分子軌道中的占有比率，發(fā)現(xiàn)在同分異構(gòu)體中芘基在前線分子軌道的占

4、有率越高，非線性光學(xué)響應(yīng)也越強(qiáng)；結(jié)合Z掃描及瞬態(tài)吸收譜實(shí)驗(yàn)分析了同分異構(gòu)體的寬波段非線性吸收機(jī)制，通過(guò)對(duì)不同能量下Z掃描曲線的數(shù)值擬合提取出不同波長(zhǎng)的光吸收參數(shù)。
　　利用飛秒瞬態(tài)吸收譜對(duì)不同外圍功能團(tuán)的芘類及查爾酮衍生物的激發(fā)態(tài)動(dòng)力學(xué)特性進(jìn)行了研究。發(fā)現(xiàn)通過(guò)簡(jiǎn)單的給體改變，可實(shí)現(xiàn)兩個(gè)查爾酮分子在整個(gè)可見(jiàn)光區(qū)域激發(fā)態(tài)光譜的反轉(zhuǎn)，依據(jù)量子化學(xué)理論并結(jié)合光動(dòng)力學(xué)響應(yīng)曲線，建立了光物理模型并分別提取出了兩個(gè)查爾酮分子的光物理參數(shù)；發(fā)現(xiàn)外

5、圍功能團(tuán)可在皮秒量級(jí)（從幾百皮秒變化到幾皮秒）調(diào)控芘類衍生物的單重激發(fā)態(tài)壽命，通過(guò)量子化學(xué)理論分析了單重激發(fā)態(tài)的壽命與分子能隙的關(guān)聯(lián)性。
　　利用皮秒和飛秒的Z掃描研究含鎳金屬的卟啉－酞菁鍵合物在不同脈寬下的非線性光學(xué)響應(yīng)，通過(guò)飛秒的簡(jiǎn)并泵浦探測(cè)技術(shù)研究這類材料的超快光動(dòng)力學(xué)特性，發(fā)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)移過(guò)程發(fā)生的時(shí)間尺度在幾百個(gè)飛秒，是導(dǎo)致卟啉－酞菁鍵合物從反飽和吸收（飛秒條件下）到飽和吸收（皮秒條件下）的主要原因，根據(jù)能量轉(zhuǎn)移模型及速率方