分子平動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)誘導(dǎo)光學(xué)非線性動(dòng)力學(xué)研究.pdf

1、很多年來液體中的分子運(yùn)動(dòng)動(dòng)力學(xué)研究一直受到人們廣泛關(guān)注。分子動(dòng)力學(xué)的研究對(duì)于人們了解一些物理以及化學(xué)的基本原理具有重要的作用。相比于固態(tài)和氣態(tài)，人們對(duì)液態(tài)物質(zhì)在分子層面的了解相對(duì)較少。本論文將集中于液態(tài)下分子運(yùn)動(dòng)引起的光學(xué)非線性效應(yīng)的研究。論文中采用了最近發(fā)展起來的一種基于相位物體的泵浦探測(cè)技術(shù)來研究分子運(yùn)動(dòng)引起的非線性效應(yīng)。這種技術(shù)相比于光學(xué)外差檢測(cè)光克爾技術(shù)（OHD-OKE），優(yōu)點(diǎn)在于可以直接探測(cè)非線性折射的動(dòng)力學(xué)響應(yīng)。
　　

2、在CuPcTs/DMSO溶液的Z掃描實(shí)驗(yàn)中，觀察到了非對(duì)稱的反飽和吸收（RSA）到飽和吸收（SA）的轉(zhuǎn)換過程。這種反飽和到飽和的轉(zhuǎn)換過程既不是激發(fā)態(tài)吸收的飽和引起的，也不是熱致質(zhì)量傳輸效應(yīng)（Soret effect）引起的。在我們看來，強(qiáng)的非線性吸收將導(dǎo)致溶質(zhì)分子快速累積分子平動(dòng)動(dòng)能，分布不均的分子平動(dòng)動(dòng)能場(chǎng)將不可避免地引起溶質(zhì)分子的遷移。我們提出了一個(gè)分子平動(dòng)動(dòng)能場(chǎng)的梯度理論來解釋這種實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。更進(jìn)一步，通過雙光束泵浦探測(cè) Z掃描技術(shù)

3、研究了分子平動(dòng)導(dǎo)致溶質(zhì)的質(zhì)量傳輸效應(yīng)。通過這種方法，可以去除分子由于電子激發(fā)而引起的非線性吸收，得到“純”的質(zhì)量傳輸效應(yīng)。實(shí)驗(yàn)曲線中的單峰清楚表明了溶質(zhì)分子從光斑中心向邊緣的遷移。透過率單峰位置輕微的偏移則體現(xiàn)了分子質(zhì)量傳輸?shù)睦鄯e效應(yīng)。
　　通過脈沖寬度為21ps的基于相位物體（PO）的泵浦探測(cè)實(shí)驗(yàn)，研究了硝基苯的折射動(dòng)力學(xué)。實(shí)驗(yàn)中觀察到了分子轉(zhuǎn)動(dòng)引起的非線性折射效應(yīng)，這種效應(yīng)具有一個(gè)慢的回復(fù)過程。同時(shí)也觀察到了由電子云畸變引起的

4、瞬時(shí)的非線性折射響應(yīng)。通過分子轉(zhuǎn)動(dòng)的動(dòng)力學(xué)模型對(duì)整個(gè)折射動(dòng)力學(xué)曲線進(jìn)行了很好的解釋。經(jīng)過理論的擬合得到了平行偏振時(shí)電子云畸變以及分子轉(zhuǎn)動(dòng)引起的非線性折射系數(shù)分別為ne=0.1×10-18 m2/W，nr=2.0×10-18 m2/W。通過不同能量的21ps的Z掃描實(shí)驗(yàn)，觀察到了分子取向引起的非線性折射飽和現(xiàn)象。更進(jìn)一步，150fs脈寬的Z掃描數(shù)據(jù)表明在亞皮秒時(shí)域內(nèi)硝基苯的非線性折射來自于電子超極化的貢獻(xiàn)，而在皮秒時(shí)域內(nèi)非線性折射主要來自

5、于分子取向的貢獻(xiàn)。
　　通過垂直偏振以及平行偏振的PO泵浦探測(cè)實(shí)驗(yàn)，研究了硝基苯及CS2的分子轉(zhuǎn)動(dòng)造成的非線性折射的各向異性。更深入的研究表明分子轉(zhuǎn)動(dòng)引起的非線性折射是一個(gè)三階非線性過程。從實(shí)驗(yàn)上證實(shí)了在平行偏振和垂直偏振時(shí)，分子取向引起的非線性折射系數(shù)滿足關(guān)系n2≌2n21，這與理論模型符合得很好。
　　通過垂直偏振的PO泵浦探測(cè)實(shí)驗(yàn)研究了五種簡(jiǎn)單液體的折射動(dòng)力學(xué)響應(yīng)，觀察到了由分子轉(zhuǎn)動(dòng)引起的泵浦光和探測(cè)光之間的能量的傳遞