新型有機功能材料的雙光子吸收特性及超快動力學研究.pdf

1、在光科學和光電子技術得到高速發(fā)展的當今時代，具有優(yōu)異非線性光學性質(zhì)的材料是一類令人注目且有重要應用潛力的新材料。雙光子過程以其特有的光響應特性、非線性性質(zhì)、三維處理能力和極高的空間分辨本領而在生物、物理、化學、醫(yī)學、微電子技術等眾多領域顯示出變革性的應用潛力。目前雙光子技術已應用于高密度數(shù)據(jù)存儲、單分子檢測、醫(yī)療診斷以及三維精細加工等領域的研究和開發(fā)，取得了重要的成果。為使這種新技術得到更廣泛的應用，具有更優(yōu)異性能的材料是實際應用的前提

2、和基礎，所以合成出具有較大雙光子吸收截面和強的雙光子熒光材料已經(jīng)成為光學及其交叉學科中最誘人和最活躍的研究領域之一。而飛秒激光器的廣泛使用和飛秒光譜學的日臻完善使人們對新型材料中的超快動力學過程的探測成為可能。由于這些快過程中包含著分子結(jié)構(gòu)以及光與物質(zhì)相互作用的豐富而重要的信息，對它們的深入研究就能為合成和優(yōu)化新型材料，探索新穎器件和應用提供堅實和可靠的基礎。因而，對具有雙光子吸收能力材料的非線性光學和超快光動力學研究也就成為近年來光科

3、學領域的前沿課題之一。
　　 本論文通過吸收光譜，熒光光譜，z掃描，飛秒泵浦-探測和時間分辨熒光等技術對一系列具有雙光子吸收特性的有機化合物的非線性光學性質(zhì)和超快光動力學特性進行了系統(tǒng)的研究。通過對不同化合物的實驗測量結(jié)果的比較，分析了分子結(jié)構(gòu)對材料的非線性光學性質(zhì)以及光動力學特性的影響。取得的主要創(chuàng)新成果包括：
　　 1)通過光克爾門技術對時間分辨熒光的測量，我們發(fā)現(xiàn)，具有多枝結(jié)構(gòu)的分子不同波長處的熒光弛豫特性很不相同

4、，而枝數(shù)較少的分子的熒光弛豫則不隨探測波長的變化而變化，且多枝結(jié)構(gòu)分子的各向異性弛豫時間僅為720fs。研究結(jié)果表明枝數(shù)較多的分子中存在強烈的分子內(nèi)耦合作用，會增強雙光子吸收能力，這一觀點在z掃描實驗中也得到了證實。
　　 2)通過z掃描技術測量了多枝結(jié)構(gòu)分子的雙光子吸收截面，并研究了它們的溶劑效應。我們發(fā)現(xiàn)分子在極性大的溶劑中的雙光子吸收截面也較大，在DMF中的雙光子吸收截面是在THF中的7倍；其增強機制主要來源于分子內(nèi)枝與枝

5、之間的相互作用，對枝數(shù)很少的分子，分子內(nèi)相互作用很弱，因而溶劑效應也不顯著。
　　 3)泵浦-探測實驗表明聚合物的激子遷移有較強的方向選擇性，只能沿著聚合物主鏈的方向進行：在分子中引入強的電子給體、電子受體或者擴展分子的枝數(shù)都是很好的增強分子雙光子吸收截面的方法。
　　 4)通過對兩種金屬酞菁衍生物的比較研究，我們發(fā)現(xiàn)酞菁中心金屬原子對能量弛豫有著非常重要的影響。具有開殼層結(jié)構(gòu)的金屬原子(如鈷)置于酞菁大π環(huán)中心時，最外