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《河南大学》 2007年
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有机π-电子共轭材料的线性与非线性光学性质研究

王芳芳  
【摘要】: 有机分子具有结构多样性和易修饰性,可根据实际的需要设计合成具有特定性质的功能材料。PPV及其衍生物具有苯环和双键交替的易离域化的π电子共轭结构和可掺杂性,其结构易于剪裁,可以通过分子设计改变主链或侧链的结构来优化材料的性能。卟啉、酞箐及其衍生物是一类二维平面结构的π共轭电子体系,其结构具有可修饰性,如外环上可接任意取代基、中心金属可以改变、环的大小可以扩展等。这三类材料都具有较大的非线性系数、较快的光学响应速度、较高的激光损伤阈值、良好的化学和热稳定性,其原料价格低、易于大量制取等,这些优异的特性使得这些材料在高速光开关、光存储、光限幅器、变频器、光通讯及有机发光等领域具有潜在的应用价值。因此,探索这类具有π电子共轭体系材料的结构特征,研究其线性和非线性光学特性具有非常重要的意义,不仅可以指导我们合成更有价值的材料,而且可以为实际应用提供有益的帮助。 本论文主要利用吸收光谱、荧光光谱和皮秒激光系统对三类有机π-电子共轭材料的线性和非线性光学特性进行了研究,并用离域电子共轭结构理论和共振、非共振增强理论对实验结果进行了分析,试图从结构和共振增强等方面更深入地了解其非线性光学特性的本质。论文共分为五章,各章主要内容概括如下: 第一章,简要介绍了非线性光学的研究背景、发展现状及实际应用,着重介绍了有机材料的三阶非线性光学效应及Z-扫描技术测量三阶非线性光学系数的原理与方法。另外,对光限幅特性的机制与研究进展也作了简要的介绍。 第二章,详细地研究了侧链长度的不同对MEH-PPV和DO-PPV两种PPV衍生物光学性质的影响,并从π-电子共轭结构理论和共振、非共振增强理论进行了分析。结果表明,侧链较长的MEH-PPV的吸收峰和荧光发射峰比DO-PPV相应的吸收和荧光峰均有所红移;侧链结构及共振增强使得MEH–PPV的三阶非线性极化率比DO-PPV增强了近两个量级,并在532 nm激发时,χ~(3)具有最大值9.30×10~(-10)esu。 第三章,系统地研究了三种取代基不同的卟啉化合物T(4-HP)P、T(4-EP)P和T(4-BrP)P的线性与非线性光学性质。结果表明,强给电子基团取代的T(4-HP)P的吸收和荧光发射峰比弱给电子基团取代的T(4-EP)P及吸电子基团取代的T(4-BrP)P有明显红移;三种样品均具有正的三阶非线性极化率,强的给电子能力和共振增强使得T(4-HP)P的三阶极化率比T(4-BrP)P增强了近两个量级,并在532 nm激发时,χ~(3)具有最大值6.81×10~(-10) esu。观察到样品在1064 nm下的双光子吸收和532 nm下的反饱和吸收现象,并在此基础上研究了以双光子吸收为机理的光限幅特性,实验表明样品的光限幅特性很好。 第四章,主要采用皮秒激光系统研究了两种不同金属原子取代的酞箐配合物p-HPcCo和p-HPcZn的三阶非线性光学性质及其光限幅特性。Z-扫描结果表明,两种样品均具有正的三阶非线性极化率,强的吸电子能力和共振增强使得p-HPcZn的三阶极化率比p-HPcCo增强了近两个量级,并在532 nm激发时,χ~(3)具有最大值1.76×10~(-10) esu,且观察到样品在1064 nm下的双光子吸收和532 nm下的反饱和吸收现象。光限幅实验结果显示,双光子吸收和非线性折射两种不同机制共同决定了这两种配合物的光限幅特性。 第五章,对全文作了总结并提出了下一步的工作设想。
【学位授予单位】:河南大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2007
【分类号】:O437

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【参考文献】
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