有機分子雙光子特性的理論研究.pdf

1、近年來，雙光子吸收截面大的分子材料在三維光信息存儲、雙光子熒光顯微和成像、光學微加工、頻率上轉換激射、光限幅以及光生物學等方面顯示出的良好應用前景，使得從理論和實驗上尋找、合成具有大的雙光子吸收截面的材料以及了解分子結構與性能的關系成為材料學、光電子學等領域研究的熱點。 有機共軛分子由于具有結構多樣性和易裁剪性以及易被極化的π電子而備受人們的關注。已有的研究結果表明，有機共軛分子雙光子吸收截面的大小與分子共軛鏈的長度、共軛母體的

2、平面性、π中心部分的特性、官能團的供吸電子的能力以及官能團的對稱性、分子的維度等因素有關。按供吸電子的性質劃分，官能團分為給體(D)和受體(A)兩類。對稱分子是指分子兩端的官能團同為給(受)體，而不對稱分子兩端的官能團具有相反的供吸電子特性。本文是從理論方面研究了有機分子的結構對其光學特性的影響，總結了有機分子材料的一些結構-性質關系，為進一步合成具有強非線性光學性質的分子材料提供理論參考。 首先，我們利用少態(tài)模型和密度泛函理論

3、計算了新近合成的三個具有有機雜環(huán)結構的苯并噻唑衍生物的非線性光學性質。這三個具有有機雜環(huán)結構的苯并噻唑衍生物是典型的A-π-A型結構。對于這三個有機雜環(huán)結構分子，我們利用雜化密度泛函理論(DFT)B3LYP優(yōu)化分子的幾何結構，利用含時密度泛函理論計算分子的躍遷偶極矩和激發(fā)態(tài)的能量，利用有限場方法計算分子的基態(tài)和激發(fā)態(tài)的偶極矩之差。然后利用上述結果，用少態(tài)模型計算分子的雙光子吸收截面。最后在雜化密度泛函理論的水平上，計算了分子基態(tài)和CT態(tài)

4、的電荷分布密度。所有計算都是GAUSSION98程序包上完成的，所采用的基矢組均為6-31G。分子由基態(tài)躍遷到電荷轉移態(tài)的電荷轉移過程用MOLEKEL程序來給出。計算結果表明，隨著有機分子的π電子離域結構的增大，最大吸收峰紅移。當共軛鏈較長時，共軛鏈的增長對增強分子雙光子吸收截面的影響遠大于吸電子基強度變化的影響。該類分子具有較好的雙光子吸收特性。分子的最大單光子吸收態(tài)是電荷轉移態(tài)，我們給出了三個分子由基態(tài)躍遷到電荷轉移態(tài)的電荷轉移過程

5、。 另外我們又利用基于密度泛函理論水平下的響應場方法，計算了新近合成的兩個雙光子有機分子的非線性光學性質。這兩個分子是典型的D-π-D型結構。對于這兩個分子，我們利用響應場方法研究了分子的雙光子吸收性質。響應場方法是在密度泛函水平上計算，與以往基于HF理論水平的相比，考慮了電子相關能對分子雙光子吸收截面的影響，所以能比較準確地給出分子的雙光子吸收截面。分子的幾何結構利用GAUSSIAN程序包，在雜化密度泛函理論(DFT)B3LY