有機(jī)及超分子材料光學(xué)非線性研究.pdf

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

2、相對(duì)于傳統(tǒng)的有機(jī)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(dòng)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(xué)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(shí)間分辨熒光光譜等多種測(cè)量手段對(duì)這一系列有機(jī)分子的激發(fā)態(tài)非線性進(jìn)行了輔助表征；獲得了光學(xué)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(xué)非線性之間的關(guān)系；此外，更為重要的是，通過(guò)分子間弱相互作用和超分子動(dòng)態(tài)概念的引入實(shí)現(xiàn)了光學(xué)非線性的靈活調(diào)整，為動(dòng)態(tài)光學(xué)非線性材料的發(fā)展打下了一定的基礎(chǔ)。 首先我們介紹了有機(jī)材料光學(xué)非線性的概念和它目前的發(fā)展?fàn)顩r，并且說(shuō)明了將有機(jī)材料光學(xué)非線性的研究從分子水平推進(jìn)到超分子水平的重要意義。在第二章中，我們?cè)敿?xì)地對(duì)有機(jī)材料的激發(fā)態(tài)非線性吸收和非線性折射物理過(guò)程進(jìn)行了分析，并對(duì)測(cè)量方法加以了介紹。要想更為準(zhǔn)確方便的獲得有機(jī)材料

4、的光學(xué)非線性參數(shù)，光束傳播特性的分析和測(cè)量分析方法的改進(jìn)是必要的，所以在第三章，我們使用變分法等方法對(duì)光束在非線性介質(zhì)中的傳播和Z掃描理論進(jìn)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(xué)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(duì)光學(xué)非線性的影響。在五種有機(jī)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(duì)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(shí)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(guān)系不大。此外，對(duì)五種硫代核修飾卟啉的光學(xué)非線性研究結(jié)果表明硫原子對(duì)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(shí)現(xiàn)了光學(xué)非線性的靈活調(diào)整：首先是碘與有機(jī)溶劑以弱相互作用形成的電荷轉(zhuǎn)移絡(luò)合物，由于這種結(jié)構(gòu)與有機(jī)溶劑的電子給予能力密切相關(guān)，所以通過(guò)改變有機(jī)溶劑的混合比例有效地實(shí)現(xiàn)了光學(xué)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(guò)三種不同溴化的鋅卟啉與吡啶之間的動(dòng)態(tài)平衡過(guò)程實(shí)現(xiàn)了對(duì)非線性吸收的精細(xì)調(diào)整，即利用超分子的動(dòng)態(tài)概念獲得了對(duì)卟啉光學(xué)非線性在一定范圍內(nèi)的控制，這在傳統(tǒng)的分子化學(xué)領(lǐng)域中是很難實(shí)現(xiàn)的；最后，通過(guò)在酸性介質(zhì)中的質(zhì)子化作用有效地?cái)U(kuò)展了硫代卟啉和基本卟啉中兩個(gè)特征吸收帶之間的光譜區(qū)域，實(shí)現(xiàn)了非線性吸收在寬的光譜范圍內(nèi)的顯著增強(qiáng)。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(xué)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(huì)引起非線性吸收的提高，而鋅原子對(duì)卟啉的金屬化導(dǎo)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(jìn)行共價(jià)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(guò)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(jī)制的結(jié)合增強(qiáng)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(guò)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