金屬酞菁的光學(xué)特性研究.pdf

1、近年來(lái)，傳統(tǒng)意義上的染料，因?yàn)樗鼈兲厥獾墓狻㈦?、磁等性質(zhì)在高新技術(shù)領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用，成為“功能性染料”而獲得迅速發(fā)展。在已知的“功能性染料”中，酞菁以其獨(dú)特的物理、化學(xué)性能而備受矚目。其中，金屬酞菁作為一種很有發(fā)展前途的有機(jī)非線性光學(xué)材料，特別引起了人們濃厚的研究興趣。本文主要利用單光束縱向Z掃描技術(shù),對(duì)幾種金屬酞菁化合物進(jìn)行了非線性光學(xué)吸收特性和光限幅特性的實(shí)驗(yàn)和理論研究。全文的主要研究?jī)?nèi)容、結(jié)論與創(chuàng)新性如下： （1）介紹了

2、非線性光學(xué)性質(zhì)測(cè)量的Z掃描技術(shù)。詳細(xì)分析了Z掃描技術(shù)的原理和Z掃描技術(shù)的理論計(jì)算過(guò)程，討論了Z掃描測(cè)量的影響因素，為全文的實(shí)驗(yàn)研究提供了理論依據(jù)。 （2）對(duì)兩種金屬酞菁的電子結(jié)構(gòu)和電子光譜用量子化學(xué)的方法進(jìn)行了研究。以量子化學(xué)計(jì)算軟件Hyperchem為工具，用PM3 半經(jīng)驗(yàn)方法和ZINDO/S 方法計(jì)算研究了銅酞菁和鈷酞菁的電子結(jié)構(gòu)和電子光譜，并定性的歸納總結(jié)了總電子數(shù)為奇數(shù)的這類金屬酞菁的可見(jiàn)最大吸收峰(λmax) 與分子結(jié)

3、構(gòu)的關(guān)系。研究結(jié)果表明：在優(yōu)化的分子幾何構(gòu)型基礎(chǔ)上計(jì)算得到的電子光譜與實(shí)驗(yàn)值很吻合；并且λmax 與OWFπ-π (π-π重疊加權(quán)因子，表征分子共軛程度大小)之間存在很好的線性關(guān)系。這為尋找分子結(jié)構(gòu)對(duì)材料光學(xué)性能的影響規(guī)律，合成新型非線性光學(xué)材料提供了理論依據(jù)。 （3）對(duì)金屬酞菁溶液進(jìn)行了非線性光學(xué)吸收特性和光限幅特性的實(shí)驗(yàn)和理論研究。首先采用單光束縱向Z 掃描技術(shù)用飛秒振蕩級(jí)激光研究了銅酞菁溶液的非線性光學(xué)吸收特性，詳細(xì)

4、討論了入射激光功率對(duì)非線性吸收的影響和溶液濃度對(duì)非線性吸收的影響。研究結(jié)果表明，銅酞菁溶液總體表現(xiàn)出反飽和吸收（RSA）效應(yīng)，這主要是由材料的三光子吸收（3PA）引起；并且在銅酞菁溶液濃度較低時(shí)，隨著入射激光功率增大，樣品溶液的RSA 效應(yīng)越強(qiáng)，而對(duì)于濃度比較大的銅酞菁溶液，隨著入射激光功率增大，樣品溶液的RSA 效應(yīng)越強(qiáng)，但入射激光功率增大到一定程度，樣品溶液出現(xiàn)“光褪色”現(xiàn)象，RSA 效應(yīng)趨于飽和，并開(kāi)始減弱。然后用1064 nm

5、Nd：YAG 連續(xù)激光研究了銅酞菁溶液和多氯代銅酞菁溶液的光限幅特性，根據(jù)穩(wěn)態(tài)的速率方程理論分析表明，銅酞菁溶液和多氯代銅酞菁溶液的光限幅效應(yīng)主要是由材料的三重激發(fā)態(tài)吸收引起的RSA 造成的。 （4）對(duì)金屬酞菁薄膜進(jìn)行了非線性光學(xué)吸收特性和光限幅特性的實(shí)驗(yàn)和理論研究。采用單光束縱向Z 掃描技術(shù)用800nm 飛秒放大級(jí)激光研究了銅酞菁薄膜的非線性光學(xué)吸收特性以及光限幅特性。在開(kāi)孔的Z 掃描實(shí)驗(yàn)中，觀察到了SA 向RSA轉(zhuǎn)變的現(xiàn)象。

6、理論上提出了飛秒超短超快脈沖作用有機(jī)分子的有效四能級(jí)模型，并從動(dòng)態(tài)速率方程理論出發(fā)，分析討論了此種條件下產(chǎn)生非線性光學(xué)吸收特性的物理機(jī)制，而且提出了SA 與RSA 相互轉(zhuǎn)化的閾值光強(qiáng)理論。研究結(jié)果表明，當(dāng)入射光強(qiáng)達(dá)到轉(zhuǎn)變的閾值光強(qiáng)時(shí)，由于CuPc 分子的高階激發(fā)態(tài)發(fā)揮作用，使樣品中的五階非線性效應(yīng)增強(qiáng)，導(dǎo)致了SA 向RSA的轉(zhuǎn)變。同時(shí)該研究也表明，銅酞菁薄膜有較大的五階非線性吸收系數(shù)β(5)（0.24×10-21 cm3/W2），對(duì)80