多环芳烃有机小分子的光学非线性及光限幅研究

【摘要】：非线性光学的发展,离不开非线性光学材料的合成与发现,所以探究某种非线性光学材料的性质,设计优秀的有机非线性光学材料的分子结构成为了大家日益关注的核心。多环芳烃类有机分子材料由于其良好的非线性特性,所以是一类比较优质的有机光学非线性材料。它们也具有很好的荧光性质和比较强的推拉电子能力,故而在显示、染料探针以及光限幅等领域具有优异的应用前景。本论文针对两种分子结构相似的有机多环芳烃小分子材料进行研究,先是对两材料进行线性表征,得到紫外可见吸收谱和荧光发光谱。之后通过基于量子化学计算的方法,得出材料的前线分子轨道分布和能级带隙。接下来利用Z-scan技术,对两种材料分别进行了纳秒、皮秒脉冲宽度的不同能量下的Z扫描实验,以探究两材料的三阶非线性响应,在排除了溶剂分子无吸收的情况下,两种材料均表现出明显的反饱和吸收,并且得到了Z-20材料的非线性物理机制是由双光子吸收这一三阶效应与双光子吸收诱导的激发态吸收这一五阶效应共同作用引起的,Z-33材料是单纯的激发态吸收导致的三阶非线性吸收机制,并拟合出相应的有效非线性吸收系数。最后通过皮秒泵浦探测技术和飞秒瞬态吸收技术,研究了两种材料分子内部激发态吸收情况以及能级的跃迁规律,确定了此两分子的能级模型和能级速率方程,并拟合出相关的吸收截面和能级寿命等参数。分析得到具有电子推拉结构的分子要比π-π*跃迁的分子非线性性能强,并由此探究了Z-20材料在光限幅领域应用的可能性。