末端氨基參與共振染料的非線性光學性能.pdf

1、有機光學染料以其靈活的C-C骨架結(jié)構(gòu)，大的非線性系數(shù)，快速的光響應等優(yōu)點，在線性和非線性光學領(lǐng)域得到了廣泛應用。作為有機光學染料的重要組成部分，末端含氨基參與共振染料在非線性光學領(lǐng)域的研究具有十分重要的意義。將末端氨基以共軛結(jié)構(gòu)與含氧、氮、硫等雜環(huán)相連，通過改變共軛鏈長度，取代基以及氨基的種類和數(shù)目，使染料的非線性光學性能得到有效改變。近年來，對于染料非線性光學性能的研究主要分為兩類：溶液和薄膜。許多末端氨基參與共振染料（如：噁嗪，酚噻

2、嗪，菁類，等等）在溶液和薄膜上均展現(xiàn)出優(yōu)異的非線光學性能。飛秒瞬態(tài)吸收技術(shù)作為一種時間分辨光譜技術(shù)，具有高精度，高靈敏度等優(yōu)點，現(xiàn)已被廣泛應用于超快光化學，光物理和光生物反應過程的研究。通過分析瞬態(tài)吸收測試光譜，可以清楚地得到瞬態(tài)物種的種類、能量轉(zhuǎn)移的方式，激發(fā)態(tài)壽命以及其它相關(guān)參數(shù)，對研究染料溶液及薄膜的非線性光學性能和激發(fā)態(tài)歷程有很大幫助。
　　本論文設(shè)計合成了幾種末端氨基參與共振的雜環(huán)類染料，借助于紫外可見吸收光譜、SEM、

3、TEM、AFM、Z-掃描以及飛秒瞬態(tài)吸收光譜等方法對其溶液或摻雜薄膜的線性和非線性光學性質(zhì)、薄膜形態(tài)、激發(fā)態(tài)壽命等進行了研究，主要分為三部分：
　　第一部分按照文獻方法合成出一種具有長烷基鏈的N-三取代苯并噁嗪染料1，將其與聚-4-乙烯基苯酚（PVP）采用旋涂方法制成不同比例的摻雜薄膜，并對其線性以及非線性光學性能進行了研究。100％染料薄膜的紫外吸收最大值相較染料的醋酸溶液出現(xiàn)18 nm的紅移，且在660 nm左右有肩峰出現(xiàn)，這

4、一現(xiàn)象可解釋為染料分子在薄膜上的聚集效應。透射電鏡（TEM）測試同樣證明了這一聚集現(xiàn)象。對該組薄膜在532 nm處做皮秒Z-掃描測試，可以發(fā)現(xiàn)，隨著染料比例的增加，薄膜的三階非線性光學性能出現(xiàn)由反飽和吸收向飽和吸收的轉(zhuǎn)變。
　　第二部分制備了一種N-四烷基取代的苯并噁嗪染料2，該染料的非線性光學性能不受溶劑酸堿性影響。對染料的CH3CN, CH2Cl2和水溶液做皮秒Z-掃描測試可以發(fā)現(xiàn)，該染料在中性溶劑中能展現(xiàn)出良好的非線性反飽和

5、吸收性能（532 nm處）。將該染料與聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）按照不同比例（10%，50%和100%）混合，旋涂制成摻雜薄膜，通過該薄膜的紫外可見吸收光譜和TEM測試可以看出染料分子在薄膜上發(fā)生聚集，但聚集程度不如第一部分明顯。對三種比例的光學薄膜做飛秒瞬態(tài)吸收測試，三種薄膜在各自特定的波段展現(xiàn)出不同的非線性光學性能，如：10%摻雜薄膜在480-554 nm之間呈反飽和吸收，在554-780 nm之間呈飽和吸收。特別地，三種比例的摻

6、雜薄膜在532 nm處均展現(xiàn)出較強的反飽和吸收特性，這一現(xiàn)象可用較弱的染料聚集效應去解釋。另外，對飛秒瞬態(tài)吸收動力學曲線進行擬合，可知薄膜受泵光激發(fā)后的動力學過程（S2→S1和 S1→S0），通過數(shù)據(jù)擬合得到了兩種激發(fā)態(tài)的壽命k1和k2，且k1<　　第三部分設(shè)計并合成了四種染料分子3a-d，由供電子的末端氨基和吸電子的吡喃鹽組成，以不同長度的共軛鏈相連。末端氨基相同時，含長共軛鏈化合物的紫外吸收最大值相較共軛鏈較短的化合

7、物有幾十納米的紅移。對四種染料溶液做飛秒瞬態(tài)吸收光譜測試，分析其在各特征波長下的非線性光學性能和激發(fā)態(tài)動力學過程。研究發(fā)現(xiàn)，特征波長為532 nm時，兩種共軛鏈較短的染料溶液呈飽和吸收性能，共軛鏈較長的兩種染料分子展現(xiàn)出反飽和吸收特性。在此基礎(chǔ)上，對四種染料的乙腈溶液做了532 nm處皮秒Z-掃描測試，測試結(jié)果與飛秒瞬態(tài)吸收測試結(jié)果一致。
　　論文前兩部分對苯并噁嗪染料薄膜非線性光學性能的研究，填補了該類染料薄膜非線性光學性能研究