有機及超分子材料光學非線性研究.pdf

1、有機非線性光學材料由于具有大的和快速的非線性響應，靈活可裁的分子結(jié)構(gòu)等優(yōu)點而受到了人們的廣泛關注。雖然有機分子的可裁性對人們尋找具有大非線性的有機材料或者對光學非線性的調(diào)控都有著重要的意義，但是通過分子結(jié)構(gòu)改變引起的光學非線性變化往往是間斷性的，而一個連續(xù)可調(diào)的動態(tài)光學非線性材料在實際的應用中可能會更加有意義。要獲得動態(tài)變化的光學非線性材料僅僅依靠分子結(jié)構(gòu)的改變是很難實現(xiàn)的。近年來，超分子化學的迅速發(fā)展為光學非線性的研究帶來了新的契機。

2、相對于傳統(tǒng)的有機化合物，超分子材料不僅有著更豐富的結(jié)構(gòu)形式，而且是一種可編程的、動態(tài)的、組合的材料，從而可以提供更為靈活地改變材料光學非線性的途徑。 本文利用皮秒和納秒脈沖下的Z掃描方法研究了一些新型富勒烯、卟啉及其超分子卟啉結(jié)構(gòu)的激發(fā)態(tài)非線性吸收和非線性折射行為，并采用紫外—可見吸收光譜、穩(wěn)態(tài)和時間分辨熒光光譜等多種測量手段對這一系列有機分子的激發(fā)態(tài)非線性進行了輔助表征；獲得了光學非線性的大幅度提高，分析了富勒烯、及其卟啉結(jié)構(gòu)

3、變化與光學非線性之間的關系；此外，更為重要的是，通過分子間弱相互作用和超分子動態(tài)概念的引入實現(xiàn)了光學非線性的靈活調(diào)整，為動態(tài)光學非線性材料的發(fā)展打下了一定的基礎。 首先我們介紹了有機材料光學非線性的概念和它目前的發(fā)展狀況，并且說明了將有機材料光學非線性的研究從分子水平推進到超分子水平的重要意義。在第二章中，我們詳細地對有機材料的激發(fā)態(tài)非線性吸收和非線性折射物理過程進行了分析，并對測量方法加以了介紹。要想更為準確方便的獲得有機材料

4、的光學非線性參數(shù)，光束傳播特性的分析和測量分析方法的改進是必要的，所以在第三章，我們使用變分法等方法對光束在非線性介質(zhì)中的傳播和Z掃描理論進行了研究。在第四、五、六章中，我們介紹了在富勒烯、卟啉及其超分子結(jié)構(gòu)的光學非線性研究中取得的一些結(jié)果。在第四章中，我們分析了富勒烯和卟啉結(jié)構(gòu)變化對光學非線性的影響。在五種有機磷富勒烯衍生物中獲得了比富勒烯更大的非線性折射和非線性吸收。對二苯基卟啉的金屬化和在中位的不同溴化引起了非線性吸收從飽和吸收到

5、反飽和吸收之間的轉(zhuǎn)變，而同時非線性折射的改變主要依賴于卟啉中心的金屬離子，與溴化程度關系不大。此外，對五種硫代核修飾卟啉的光學非線性研究結(jié)果表明硫原子對卟啉中心氮原子的取代引起了非線性折射的大幅提高。在第五章中，我們使用三種不同的方法實現(xiàn)了光學非線性的靈活調(diào)整：首先是碘與有機溶劑以弱相互作用形成的電荷轉(zhuǎn)移絡合物，由于這種結(jié)構(gòu)與有機溶劑的電子給予能力密切相關，所以通過改變有機溶劑的混合比例有效地實現(xiàn)了光學非線性的變化；其次，在鋅卟啉與吡啶

6、等氮配體結(jié)合生成的卟啉超分子結(jié)構(gòu)中，我們通過三種不同溴化的鋅卟啉與吡啶之間的動態(tài)平衡過程實現(xiàn)了對非線性吸收的精細調(diào)整，即利用超分子的動態(tài)概念獲得了對卟啉光學非線性在一定范圍內(nèi)的控制，這在傳統(tǒng)的分子化學領域中是很難實現(xiàn)的；最后，通過在酸性介質(zhì)中的質(zhì)子化作用有效地擴展了硫代卟啉和基本卟啉中兩個特征吸收帶之間的光譜區(qū)域，實現(xiàn)了非線性吸收在寬的光譜范圍內(nèi)的顯著增強。在第六章中，我們研究了卟啉自組裝和卟啉修飾單壁碳納米管兩種超分子結(jié)構(gòu)的光學非線性

7、。發(fā)現(xiàn)卟啉自組裝結(jié)構(gòu)中配位溶劑吡啶的添加會引起非線性吸收的提高，而鋅原子對卟啉的金屬化導致了非線性折射的劇烈變化。此外，將卟啉與具有良好光限制性能的單壁碳納米管進行共價連接獲得了三種卟啉修飾單壁碳納米管超分子結(jié)構(gòu)，通過卟啉的反飽和吸收與單壁碳納米管的非線性散射兩種非線性機制的結(jié)合增強了體系的光限制效果，而且卟啉與單壁碳納米管之間的能量轉(zhuǎn)移和電子轉(zhuǎn)移過程在光限制的提高中也扮演著重要的角色，這三種卟啉修飾單壁碳納米管結(jié)構(gòu)展示出了更好的光限制