(ZnS)6~12团簇三阶非线性光学性质的理论研究

在TDDFT/Lanl2DZ+6-31G*水平下对(ZnS)6~12半导体团簇的三阶非线性光学性质进行了计算, 并用态求和(SOS)方法得到静态三阶宏观极化率χ(3)和0~2.5 eV范围内输入光子能量对三阶微观极化率γ的动态行为. 结果表明, (ZnS)6~12的χ(3)值比其它半导体团簇的略好. 且(ZnS)7和(ZnS)11分别在1.6和2.0 eV处出现了很大的γ值, 为-2.38×10-33和1.26×10-33 esu. 在此输入光子能量处激发, 它们将会产生很强的三阶非线性光学效应.     

1-(芘-1-基)-3-(苯并噻吩-3-基)丙烯酮的合成和三阶非线性光学性质研究

合成1种查尔酮衍生物1-(芘-1-基)-3-(苯并噻吩-3-基)丙烯酮(PBTAK),经IR,1 H NMR,13C NMR和HR-MS对其结构进行表征.采用4f相位相干成像技术测定了它的三阶非线性光学性质并确定了相关参数:脉宽为4nm,激光波长为460nm,非线性吸收系数β=0.23×10~(-9) m/W,非线性折射率n2=-0.50×10~(-16) m~2/W,三阶非线性极化率χ~((3))=9.37×10~(-21) C;同时测定了紫外光谱、荧光光谱和DSC曲线.运用密度泛函方法计算了PBTAK的分子轨道能量和极化率,结果表明电子转移能在分子内部进行,显示出良好的非线性光学活性.     

C_(74)的结构、电子光谱及三阶线性光学性质的理论研究

用密度泛函（DFT）方法（BLYP/3－21G~*）研究了C_(74)的稳定几何构型。用 ZINDO及ab initio GIS两种方法对C_(74)的电子光谱进行了计算，预测C_(74)在红 外区域有光谱吸收。计算了C_(74)的三阶非线性光学系数<γ>为1.483 * 10~(-32) esu，它比C_(60)的<γ>（8.84 * 10~(-34) esu）要大得多。预测C_(74)亦将是 一种有很好应用前景的磁性材料。     

C_(74)的结构、电子光谱及三阶线性光学性质的理论研究

用密度泛函（DFT）方法（BLYP/3－21G~*）研究了C_(74)的稳定几何构型。用 ZINDO及ab initio GIS两种方法对C_(74)的电子光谱进行了计算，预测C_(74)在红 外区域有光谱吸收。计算了C_(74)的三阶非线性光学系数<γ>为1.483 * 10~(-32) esu，它比C_(60)的<γ>（8.84 * 10~(-34) esu）要大得多。预测C_(74)亦将是 一种有很好应用前景的磁性材料。     

两种Ni(Ⅱ)配合物的合成及三阶非线性光学性能

合成了两种新的Ni(Ⅱ)配合物,用UV、IR、MS和元素分析进行了表征。采用飞秒激光,运用简并四波混频法,研究了Ni(Ⅱ)配合物在非共振状态下的三阶非线性光学性能。它们的三阶非线性光学极化率χ(3)为3.21×10-13 esu和3.58×10-13 esu,非线性折射率n2为5.89×10-12 esu和6.58×10-12 esu,分子二阶超极化率γ为3.21×10-31 esu和3.57×10-31 esu,响应时间τ为54 fs和59 fs。探索了配合物的分子结构对三阶非线性光学性能的影响。结果表明具有大的高度离域的π电子共轭体系是获得较大三阶非线性光学性能的关键。     

AπDπA型咔唑衍生物三阶光学非线性的Z-扫描研究

合成了6个新型AπDπA型3,6-二取代咔唑多极生色分子, 用红外光谱、核磁共振等对其结构进行了表征. 用Z-扫描方法研究了这些分子的三阶非线性光学性质. 实验结果表明, 这些分子具有较大的三阶极化率, 延长共轭链长度, 增加电子受体强度, 引入芳香杂环, 都能增强分子内电荷转移, 这种效应增加了分子的跃迁矩, 使三阶极化率增大.     

三维超分子配合物[MoO_2(OCH_2C_5H_4N)_2]制备、晶体结构及三阶非线性光学性质

Na_2MoO_4·2H_2O和2-氯甲基吡啶在水中反应得到了超分子化合物：[MoO_2 (OCH_2C_5H_4N)_2]。其单晶结构测试表明：该化合物含有两种均为6配位的但化学 环境不同的Mo(1)和Mo(2)原子；由此两种钼原子构成的中性配合物[Mo(1)O_2 (OCH_2C_5H_4N_2)]和[Mo(2)O_2(OCH_2C_5H_4N)_2]分别通过氢键O…H-C及吡啶环 间的π-π堆积作用形成了二维的A层和B层，A层与B层之间又在层间氢键的作用下 交错形成了三维的网状固态结构。用Z-scan法在DMF溶液中测试了该化合物的三阶 非线性光学性能，发现它有强的非线性吸收(α_2 = 1.92 * 10~(-9) m·W~(-1)) ，非线性极化率X~((3)) = 1.21 * 10~(-12) esu。     

1,3-二硫杂环戊烯-2-硫酮-4,5-二巯基类复合物在不同波长下的三阶非线性光学性质

合成了两种新的金属双噻吩类复合物:(苄基三乙基铵)双(1,3-二硫杂环戊烯-2-硫酮-4,5-二巯基)-金(BTEAADT)和(苄基三乙基铵)双(1,3-二硫杂环戊烯-2-硫酮-4,5-二巯基)-镍(BTEANDT).采用Z扫描方法,在皮秒脉冲下,分别测试了两种材料的乙腈溶液在532和1064nm的三阶非线性光学特性.Z扫描的结果表明,BTEAADT的乙腈溶液在532nm具有反饱和吸收效应,在1064nm非线性吸收效应可以忽略且在两种波长都有自散焦效应,三阶非线性折射率为负值.BTEANDT的乙腈溶液在532nm非线性吸收效应可以忽略,在1064nm具有饱和吸收效应且在两种波长都有自聚焦效应,三阶非线性折射率为正值.分析了造成这种差异的原因.经过计算得到了两种材料在532和1064nm的三阶非线性折射率,三阶非线性吸收系数,三阶非线性极化率和超极化率.BETAADT的非线性折射率在532nm为-1.685×10-18m2·W-1,在1064nm为-1.459×10-18m2·W-1;BTEANDT的非线性折射率在532nm为1.452×10-18m2·W-1,在1064nm为7.311×10-18m2·W-1.两种材料的三阶非线性吸收系数,三阶非线性极化率和超极化率的数量级分别是10-11m·W-1,10-13esu和10-31esu.结果表明这两种材料在非线性光学领域有潜在的应用价值.     

系列金化合物[X-{Au(PMe_3)}_2]的结构、电子光谱和非线性光学性质

采用密度泛函理论(DFT)B3LYP和BhandHLYP方法,对6个不同金化合物[X-{Au(PMe3)}2]的几何结构、电子光谱以及极化率和三阶非线性光学(NLO)效应进行了计算分析.本文采用的计算方法和基组适合所研究的对象,并发现用PMe3代替PPh3对分子整体结构影响不大.另外,分子桥连部分的空间效应对极化率有明显影响,对三阶极化率影响却不大.关于6个分子的三阶NLO性质,由于X部分的电子性质及共轭程度不同,分子1a的三阶极化率γ值最小,分子2a的γ值最大.通过分析电子光谱和对应的分子轨道组成可知,Au在分子1a中做电子给体,而在分子2a～6a中做电子受体,表明Au在此类化合物中对NLO性质的贡献不同.     

具有电子给-受体结构的二茂铁衍生物的分子二阶非线性极化率

本文采用电场诱导二次谐波(EFISH)方法对所合成的10个金属有机分子的二阶非线性极化率进行了测试。这10个化合物是具有电子给体-受体共轭结构的二茂铁衍生物, 它们的非线性极化率大多未见报道。本文系统地研究了分子的给体-受体强度、共轭长度、共轭体系及共平面性等结构因素与分子二阶非线性极化率的关系。     

C50富勒烯及其二聚物C100、C101的光学性质

运用B3LYP方法在6-31G*基组水平上对C50富勒烯以及它的两个不同二聚物C100、C101的几何构型进行了全优化. 在优化所得构型的基础上, 采用TDB3LYP方法在3-21G*基组水平上对其激发态性质、电子吸收光谱进行了研究, 根据计算得到的态态间跃迁偶极矩和跃迁能等数据, 结合使用态求和公式进一步计算得到了它们不同光学过程中的三阶非线性极化率. 结果表明, 当C50富勒烯二聚以后, 其电子吸收光谱的最大波长吸收峰发生了明显的红移, 三阶非线性极化率有了较大的提高. 其中, [5,5]-[5,5]哑铃型二聚物C101有着比[2+2]闭环型二聚物C100更大的三阶非线性极化率.     

二到七环多苯稠合物的三阶非线性光学效应的理论 研究

利用含组态相互作用的INDO－SDCI和态求和(SOS)方法,计算二到七环的稠合多苯化合物的三种不同物理过程的频率相关的三阶非线性光学系数。讨论不同光物理过程的色散行为及π电子离域程度对非线性光学效应的影响,同时给出计算简并四波混合(DFWM)的非线性光学系数的具体表达式。计算结果表明,三阶非线性光学系数随着环沿一维方向扩展而急剧增加,π-π^*电荷转移对多苯稠合物的三阶非线性极化率起主要贡献。     

六棱柱型金属团簇化合物Mo2Ag4S8(dppy)4的合成与非线性光学性质

新合成了一种六棱柱型金属团簇化合物Mo2Ag4S8(dppy)4, 并用X射线单晶衍射结构分析方法测定了其晶体结构. 应用Z-scan技术研究了该金属团簇化合物在波长为532 nm的纳秒激光脉冲作用下的三阶非线性光学特性. 为了研究Mo2Ag4S8(dppy)4的非线性起源, 应用泵浦探测技术研究了该金属团簇化合物在波长为532 nm的皮秒激光脉冲作用下的光学非线性响应. 实验结果表明金属团簇化合物Mo2Ag4S8(dppy)4具有自聚焦特性和非线性吸收特性; 非线性折射率n2, 非线性吸收系数β和非线性极化率χ(3)分别为1.45×10－10 esu, 6.2×10－10 m/W及2.1×10－11 esu. 实验结果表明金属团簇化合物Mo2Ag4S8(dppy)4的光学非线性响应是非线性吸收和非线性散射共同作用的结果.     

双核金属茂合物Zn2(η5-E5)2(E=N, P, As, Sb)电子结构和三阶非线性光学性质的理论研究

运用密度泛函PBE0方法研究了双核金属茂合物Zn2(η5-E5)2(E=N, P, As, Sb)的电子结构, 运用自然键轨道(NBO)方法对该体系的电荷分布及成键特征进行了分析. 此类体系中存在Zn—Zn的σ单键, 为近似纯s成分的成键方式. 用含时密度泛函理论(TDDFT ) 完全态求和(SOS) 方法计算了该体系的三阶非线性光学系数, 结果表明, γ值与最大吸收波长λmax成正比, 在各个分量中, 对〈γ〉起主要贡献的是γzzzz, 最大吸收波长对应的电子跃迁是从Zn—Zn的σ成键轨道到Zn—Zn的σ*反键轨道.     

D-π-A-π-D型双查尔酮衍生物的合成和三阶非线性光学性质

合成一种新颖的D-π-A-π-D型双查尔酮衍生物2,6-二[3-(4-甲氧基苯基)]丙烯酰基吡啶,经IR,~1H NMR和HR-MS对其结构进行表征,采用4f相位相干成像技术测定了它的三阶NLO性质并确定了相关参数:脉宽4ns,激光波长450nm,非线性吸收系数β=0.9×10~(-9) m/W,非线性折射率n_2=-0.42×10~(-16) m~2/W,三阶非线性极化率χ~((3))=4.10×10~(-19) m~2/V~2;并测定了紫外光谱和DSC曲线.     

A sum-over-state scheme of analysis of hyperpolarizabilities and its application to spiroconjugated molecular system

The static first and second hyperpolarizabilities of a number of spiromolecules with varying degree of polarity have been calculated at the HF and MP2 level using the 6-31+G* basis set and the B3LYP/6-31+G* optimized geometry. The variation of mean second hyperpolarizability in these molecular systems has been explained in terms of the ground state dipole moment, mean linear polarizability and second-order polarizability. A number of relationships among these quantities have been derived in the framework of the sum-over-state scheme and the generalized Thomas–Kuhn sum rule. The spiroconjugation results in the significant increase of the mean polarizability. The appreciable enhancement of first hyperpolarizability due to the spiroconjugation between two dipolar monomer units has been accounted for the rather significant increase of the mean polarizability tensor and the ground state dipole moment. The relatively larger value of the average second hyperpolarizability of the spiroconjugated molecules compared to that of the corresponding monomers arises from the rather significant increase of the nonaxial component γ _xxyy . The replacement of spirocarbon by spirosilicon results in the enhancement of the cubic polarizability manifold. The donor–acceptor substituted spirocompounds are predicted to be the superior third-order nonlinear optical (NLO) phores. The nature of π-conjugation in the monomer units around the spirocenter shows a strong modulation of the NLO properties of spirocompounds. The influence of electron correlation on the NLO properties at the MP2 level has been found to be rather significant.     

Theoretical study on a novel series of fullerene-containing organometallics Fe(eta5-C55X5)2 (X = CH, N, B) and their large third-order nonlinear optical properties

Geometry structures, electronic spectra, and third-order nonlinear optical (NLO) properties of Fe(eta (5)-C 55X 5) 2 (X = CH, N, B) have first been investigated by time-dependent density functional theory. We analyzed the intramolecular interactions between ferrocene and the C 50 moiety. The calculated electronic absorption spectrum indicates that the short wavelength transitions are ascribed to the C 50 moiety mixed charge transfer transition of ferrocene itself, while the low energy excitation transitions are ascribed to the unique charge transfer transition from ferrocene to C 50 moiety in these systems. The third-order polarizability gamma values based on sum of states (SOS) method show that this class of ferrocene/fullerene hybrid molecule possesses a remarkably large third-order NLO response, especially for Fe(eta (5)-C 55B 5) 2 with the static third-order polarizability (gamma av) computed to be -10410 x 10 (-36) esu and the intrinsic second hypepolarizability to be 0.250. Thus, these complexes have the potential to be used for excellent third-order nonlinear optical materials. Analysis of the major contributions to the gamma av value suggest that the charge transfer from ferrocene to C 50 moiety along the z-axis (through Fe atom and the centers of two hybrid fullerenes) play the key role in the NLO response. Furthermore, boron substitution is an effective way of enhancing the optical nonlinearity compared to CH and N substitution, owing to smaller energy gap and better conjugation through the whole molecule.     

1-(芘-1-基)-3-(4-甲氧基苯基)丙烯酮的合成及三阶非线性光学性质

合成了一种新的有机非线性光学(NLO)材料1-(芘-1-基)-3-(4-甲氧基苯基)丙烯酮(PMPAK),通过¹H NMR、IR、HR-MS和元素分析表征其结构。 以Nd:YAG-Laser System作为光源,激光波长450 nm,脉冲宽度4 ns(FWHM),采用4f相位相干成像技术测定了PMPAK的三阶NLO性质并确定了相关参数:非线性折射率n₂=-1.84×10^-16 m²/W,非线性吸收系数β=2.53×10^-9 m/W,非线性极化率χ⁽³⁾=1.137×10^-10 esu。     

芳香查尔酮衍生物的合成、理论计算及三阶非线性光学性质

合成了2种新的具有潜在应用价值的非线性光学(NLO)有机材料芳香查尔酮衍生物1-(呋喃-2-基)-3-(4-甲氧基苯基)丙烯酮(1)和1-(噻吩-2-基)-3-(4-甲氧基苯基)丙烯酮(2),并对其进行了NMR、IR和HR-MS结构表征。 采用4f相位相干成像技术测定了化合物1和2的三阶NLO性质并确定了相关参数:脉冲宽度4 nm,激光波长440 nm,化合物1:非线性吸收系数β=5.5×10^-10 m/W,非线性折射系数n₂=-2.1×10^-17 m²/W,三阶非线性极化率χ⁽³⁾=1.58×10^-11 esu;化合物2:β=-2.4×10^-10 m/W,n₂=0.3×10^-17 m²/W,χ⁽³⁾=0.50×10^-11 esu;并测定了紫外光谱和DSC曲线。 采用密度泛函方法计算了化合物1和2的轨道能量和极化率,结果表明电子转移能在分子内部进行,说明比较易于极化,展示了良好的非线性光学性质。