新型有機(jī)功能材料的雙光子吸收特性及超快動(dòng)力學(xué)研究.pdf

1、在光科學(xué)和光電子技術(shù)得到高速發(fā)展的當(dāng)今時(shí)代，具有優(yōu)異非線性光學(xué)性質(zhì)的材料是一類(lèi)令人注目且有重要應(yīng)用潛力的新材料。雙光子過(guò)程以其特有的光響應(yīng)特性、非線性性質(zhì)、三維處理能力和極高的空間分辨本領(lǐng)而在生物、物理、化學(xué)、醫(yī)學(xué)、微電子技術(shù)等眾多領(lǐng)域顯示出變革性的應(yīng)用潛力。目前雙光子技術(shù)已應(yīng)用于高密度數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、單分子檢測(cè)、醫(yī)療診斷以及三維精細(xì)加工等領(lǐng)域的研究和開(kāi)發(fā)，取得了重要的成果。為使這種新技術(shù)得到更廣泛的應(yīng)用，具有更優(yōu)異性能的材料是實(shí)際應(yīng)用的前提

2、和基礎(chǔ)，所以合成出具有較大雙光子吸收截面和強(qiáng)的雙光子熒光材料已經(jīng)成為光學(xué)及其交叉學(xué)科中最誘人和最活躍的研究領(lǐng)域之一。而飛秒激光器的廣泛使用和飛秒光譜學(xué)的日臻完善使人們對(duì)新型材料中的超快動(dòng)力學(xué)過(guò)程的探測(cè)成為可能。由于這些快過(guò)程中包含著分子結(jié)構(gòu)以及光與物質(zhì)相互作用的豐富而重要的信息，對(duì)它們的深入研究就能為合成和優(yōu)化新型材料，探索新穎器件和應(yīng)用提供堅(jiān)實(shí)和可靠的基礎(chǔ)。因而，對(duì)具有雙光子吸收能力材料的非線性光學(xué)和超快光動(dòng)力學(xué)研究也就成為近年來(lái)光科

3、學(xué)領(lǐng)域的前沿課題之一。
　　 本論文通過(guò)吸收光譜，熒光光譜，z掃描，飛秒泵浦-探測(cè)和時(shí)間分辨熒光等技術(shù)對(duì)一系列具有雙光子吸收特性的有機(jī)化合物的非線性光學(xué)性質(zhì)和超快光動(dòng)力學(xué)特性進(jìn)行了系統(tǒng)的研究。通過(guò)對(duì)不同化合物的實(shí)驗(yàn)測(cè)量結(jié)果的比較，分析了分子結(jié)構(gòu)對(duì)材料的非線性光學(xué)性質(zhì)以及光動(dòng)力學(xué)特性的影響。取得的主要?jiǎng)?chuàng)新成果包括：
　　 1)通過(guò)光克爾門(mén)技術(shù)對(duì)時(shí)間分辨熒光的測(cè)量，我們發(fā)現(xiàn)，具有多枝結(jié)構(gòu)的分子不同波長(zhǎng)處的熒光弛豫特性很不相同

4、，而枝數(shù)較少的分子的熒光弛豫則不隨探測(cè)波長(zhǎng)的變化而變化，且多枝結(jié)構(gòu)分子的各向異性弛豫時(shí)間僅為720fs。研究結(jié)果表明枝數(shù)較多的分子中存在強(qiáng)烈的分子內(nèi)耦合作用，會(huì)增強(qiáng)雙光子吸收能力，這一觀點(diǎn)在z掃描實(shí)驗(yàn)中也得到了證實(shí)。
　　 2)通過(guò)z掃描技術(shù)測(cè)量了多枝結(jié)構(gòu)分子的雙光子吸收截面，并研究了它們的溶劑效應(yīng)。我們發(fā)現(xiàn)分子在極性大的溶劑中的雙光子吸收截面也較大，在DMF中的雙光子吸收截面是在THF中的7倍；其增強(qiáng)機(jī)制主要來(lái)源于分子內(nèi)枝與枝

5、之間的相互作用，對(duì)枝數(shù)很少的分子，分子內(nèi)相互作用很弱，因而溶劑效應(yīng)也不顯著。
　　 3)泵浦-探測(cè)實(shí)驗(yàn)表明聚合物的激子遷移有較強(qiáng)的方向選擇性，只能沿著聚合物主鏈的方向進(jìn)行：在分子中引入強(qiáng)的電子給體、電子受體或者擴(kuò)展分子的枝數(shù)都是很好的增強(qiáng)分子雙光子吸收截面的方法。
　　 4)通過(guò)對(duì)兩種金屬酞菁衍生物的比較研究，我們發(fā)現(xiàn)酞菁中心金屬原子對(duì)能量弛豫有著非常重要的影響。具有開(kāi)殼層結(jié)構(gòu)的金屬原子(如鈷)置于酞菁大π環(huán)中心時(shí)，最外