芘类衍生物的光学非线性研究

【摘要】：芘基是构建π共轭衍生物的基础,π共轭体系对材料的光学非线性具有十分显著的调制作用。芘类衍生物具有丰富的离域π电子,分子极化程度高,并且在可见光区域具有高的线性透过率。此外,通过适当设计的芘类衍生物可应用于生物探针,激光染料,有机发光二极管和光限幅等领域,具有广泛的应用前景,因而得到研究者们的青睐。本文研究了两种D-π-A结构的新型共轭芘衍生物(C1和C2)的非线性光学特性和超快动力学过程。利用Z扫描测试方法,系统研究了两个芘衍生物在飞秒(515-700 nm)、皮秒(532 nm)和纳秒(532 nm)时域下的非线性吸收性质,实验发现C1和C2在不同脉宽激发下均实现了由双光子吸收和激发态吸收共同作用的反饱和吸收,并且在飞秒脉冲下具有宽波段的反饱和吸收性质。量子化学计算的结果表明,C1和C2在HOMO-LUMO激发下有两种机制同时存在:分子内电荷转移(触发了非线性光学响应)和π-π*跃迁。结合实验结果,认为位于芘基团中的π-π*跃迁有助于增大该类衍生物的非线性光学响应。此外,利用飞秒时间分辨的瞬态吸收谱研究了两个芘类衍生物的超快动力学过程,激发态吸收谱表明C1和C2的激发态吸收并不仅来自于一个激发态能级。通过对动力学曲线的数值拟合,确定了四个过程的衰变参数并提供了从局域激发态到电荷转移态的动力学信息。C1和C2具有宽波段的超快反饱和吸收性质并且可以响应多个激发脉冲(fs、ps和ns),表明这两种芘类衍生物是重要的光电子和光限幅应用的潜在候选者。本文具体分析了两个样品的超快动力学过程并揭示了芘基上的π-π*跃迁对该类衍生物非线性光学特性的影响规律,为未来设计高性能共轭分子和研究有机材料的光物理过程提供了理论支持。