稀土配合物型激光材料的设计、合成及结构

【摘要】： 激光技术的发展对激光材料提出了更高的要求。在过去的几十年中，对激光材料的研究多集中在无机材料方面。无机材料的机械强度大，环境稳定性好但其非线性光学效应有限。 20世纪80年代，人们意识到双光子上转换材料也许是一个新的选择。这类材料具有响应速度快、电光系数大、透光波段宽、制备简单、成本低廉、易于集成等优点。“D-π-A”型的吡啶盐系列染料具有非常优秀的双光子吸收和激光上转换性能，是双光子上转换激光器的候选材料。但有机材料的缺点是其稳定性差。 本文通过有机／无机复合的方法，试图将两者的优点结合起来，发展了一种新的合成激光材料的方法，主要内容如下： 1、合成了二种具有双光子活性的D-π-A型吡啶盐染料分子L和L~2(L=反式4-[4-(N，N-二甲胺基)苯乙烯基]-N-羧乙基吡啶内盐，L~2=反式4-[4'-(N-甲基-N-羟乙基胺基)苯乙烯基]-N-羧乙基吡啶内盐)，而后以其为配体合成了3个系列33种稀土配合物。讨论了配合物的合成条件，发现溶剂的选择至关重要。对于Ln1P、Ln1系列配合物，溶剂一般为乙醇：水=3：1，而Ln2系列水的用量则要小的多，这主要是由于L~2在水中的溶解度较小。 2、得到了16种化合物的单晶，分析了其结构特点。晶体解析表明，同类配合物具有相似的配位模式和空间结构。体现了稀土离子性质上的相似性。其中Ln1P系列配合物属于三斜晶系，?空间群，均为单核分子，配体L均为单齿配位；Ln1、Ln2系列配合物属于三斜晶系，?空间群，中心对称结构，配体L有三种配位方式：螯合、桥连、单齿，分子长度将近4个纳米。 3、系统研究了它们的线性和非线性光学性质，主要包括：单、双光子荧光，上转换超辐射和腔激射性能及其效率，光限幅效应，用Z-Scan的方法得到了其双光子吸收截面。讨论了结构—性能之间的关系。 总之，本文系统研究了一类新型激光材料的设计、合成与性质。