以二乙烯硫/砜基为中心的新型电荷转移分子双光子吸收特性

理论研究分子结构与双光子吸收性质之间的关系对于指导实验者设计与合成功能分子材料具有重要意义. 在杂化密度泛函水平上, 利用响应函数方法, 计算了一类以二乙烯硫/砜基为中心的新型电荷转移分子的双光子吸收截面, 并在相同计算水平上, 与联苯乙烯类强双光子吸收分子做了比较; 以新型电荷转移分子为基础, 利用异构效应, 设计出了可以增强双光子吸收强度的分子结构. 研究表明, 在可应用波长范围内, 该系列分子表现出较强的双光子吸收响应, 与相似共轭长度的强双光子吸收分子具有相同量级的双光子吸收截面; 二乙烯硫/砜基在分子中心作为吸电子基团可以形成有效的电荷转移分子; 改变咔唑基的连接方式可以有效提高双光子吸收截面. 该研究为实验合成新型双光子吸收分子材料提供了理论依据.     

以芘为中心系列衍生物的单光子和双光子吸收特性理论研究

在含时密度泛函理论的水平上,利用响应场理论方法研究了以芘为中心系列衍生物的单光子和双光子吸收特性. 研究结果表明,在低能量范围内,每个分子有多个电荷转移态. 单光子吸收性质与实验结果符合较好. 随着分子尺寸的增加,分子的最大双光子吸收截面显著增加,其中具有四分枝结构分子的最大双光子吸收截面是单枝结构分子的5.6倍. 同时,分子的双光子吸收截面与分子结构的对称性有关.其中对称结构分子具有较大的双光子吸收截面.     

一种新合成的八极矩发色团分子单光子和双光子吸收性质的质子化效应

利用第一性原理基础上发展的一种计算方法研究质子化效应对具有1, 3, 5-三嗪核和吡咯末端基团八极矩分子三嗪的单光子和双光子吸收性质的影响. 结果表明,当三嗪被质子化时,该分子的单、双光子吸收性质发生了很大的变化. 一是出现了更多的电荷转移态,并且吸收带发生了红移;二是双光子吸收截面得到了很大的增强. 质子化效应有利于提高分子内电荷转移的强度,定性地解释了实验工作. 并提出了一种基于化合物三嗪质子化效应的双光子吸收转换开关.     

溶剂对N-{4-[(反式)-2-(4-硝基苯基)乙烯基]苯基}-N,N-二苯氨基分子双光子吸收特性的影响

在从头计算的基础上,利用两态模型对溶剂对N-{4-[(反式)-2-(4-硝基苯基)乙烯基]苯基}-N,N-二苯氨基分子双光子吸收特性的影响进行了理论研究.计算结果表明,溶剂对该分子的双光子吸收截面影响较大,双光子吸收截面随着溶剂极性的增加而增加.     

取代效应对脂滴检测NAPBr染料分子的双光子吸收和激发态性质影响的理论探究

双光子荧光染料分子在生物医学成像中具有广阔的应用前景,但取代效应对分子结构以及光物理性质影响的探求相对匮乏. 本文设计并研究了一系列脂滴检测染料分子,分析了分子的光学性质以及无辐射跃迁等. 通过分子内弱相互作用和电子- 空穴布居分析,阐述了其内在机理. 结果表明,所研究的分子均具有优良的光物理性能、高效荧光量子产量、大的斯托克斯位移以及显著的双光子吸收截面等. 本工作合理地解释了实验现象并阐述了取代效应对脂滴检测NAPBr染料分子的双光子吸收和激发态性质的影响,这为设计新型的高效有机分子提供了理论指导.     

以萘为π-中心的双芪类衍生物双光子上转换荧光性能研究

研究了2个新的双光子上转换荧光分子—1,4-双-(9-乙基咔唑基)萘(简称为BECVN)和1,4-双-(4’-N,N-二甲氨基苯乙烯基)萘(简称为BMABN)的单光子、双光子光谱性质。在～375 nm Xe灯光源激发下,两样品的DMF溶液发出很强的蓝、绿色荧光(峰位492～541 nm),视感效果非常明显。BMABN分子的线性吸收/发射光谱的峰位与BECVN分子相比,均发生红移;相对荧光量子产率(Φ_f)比BECVN降低了7.4倍。在飞秒钛宝石激光器泵浦下(760 nm),两样品的DMF溶液发出强的双光子上转换荧光发射,峰位与单光子荧光峰位相比发生红移(500～556 nm)。BMABN的双光子荧光强度和双光子吸收截面分别是BECVN的3倍和30.4倍。     

4,4''-二甲氨基二苯乙烯双光子吸收理论研究--溶剂效应

对最近实验室合成的分子材料 4 ,4 ' 二甲氨基二苯乙烯的双光子吸收特性在从头计算的基础上进行了理论研究。理论模型是建立在密度泛函理论的基础上的。利用含时的密度泛函理论来计算分子的非线性光学性质 ,而溶剂效应则通过自洽响应场方法的极化连续模型来模拟。计算结果表明 ,三态模型可以很好地给出该分子在低激发态范围内的双光子吸收截面。随着溶剂极性的增加 ,单光子波长红移 ,双光子吸收截面增加。双光子吸收截面的大小和实验给出的结果符合得较好。     

4，4′-二甲氨基二苯乙烯双光子吸收理论研究——溶剂效应

对最近实验室合成的分子材料4，4′-二甲氨基二苯乙烯的双光子吸收特性在从头计算的基础上进行了理论研究。理论模型是建立在密度泛函理论的基础上的。利用含时的密度泛函理论来计算分子的非线性光学性质，而溶剂效应则通过自洽响应场方法的极化连续模型来模拟。计算结果表明，三态模型可以很好地给出该分子在低激发态范围内的双光子吸收截面。随着溶剂极性的增加，单光子波长红移，双光子吸收截面增加。双光子吸收截面的大小和实验给出的结果符合得较好。     

星型低聚物线性和非线性光学性质

利用稳态吸收和发射光谱、瞬态吸收光谱、双光子荧光和z扫描技术,系统地研究了一系列星型芴乙烯撑三聚茚低聚物(Tr-OFV_n,n=1～4)的光物理性质. 结果显示,芴乙烯撑单元的增加会导致吸收光谱和荧光谱的带边发生红移,同时也缩短了激发态物种的寿命. 伴随着π共轭长度的增加,三聚茚低聚物的双光子荧光效率和双光子吸收截面也逐渐增强. 基于态求和方法数值模拟了材料的双光子吸收截面,同实验值吻合较好.     

一种新型有机染料HEASPS在不同波长时的双光子吸收和频率上转换性质研究

报道了一种新型双光子吸收染料 ,即反式 - 4- [4′- (N-羟乙基 - N-乙基胺基 )苯乙烯基 ]- N-甲基吡啶对甲苯磺酸盐的非线性光学性质 ;测试了染料在 72 0～ 110 0 nm波段的非线性透过率曲线。结果发现 :双光子吸收最强波长相对线性吸收峰波长的两倍处有明显蓝移 ;计算出的相应波长的双光子吸收截面在 930 nm处染料有最大双光子吸收截面(2 .0 6× 10 - 4 7cm4·s/ photon) ;测量了染料在 90 0～ 110 0 nm波段的上转换效率 ,在 10 2 0 nm处有最高效率 (5 .1% ) ,最高激射效率的波长相对最强双光子吸收的波长有明显红移     

氧化石墨烯-卟啉复合材料光限幅性能的理论研究

利用时域有限差分法数值求解速率-场强方程,研究了一系列共价连接的氧化石墨烯-卟啉复合材料在纳秒时域内的光限幅性质和双光子吸收. 计算结果表明,氧化石墨烯-卟啉复合分子与单独的卟啉分子相比展现出增强的光限幅效应,并且有着更大的双光子吸收截面.与之前得到的含重金属的卟啉分子具有更强非线性光学性质的结论不同,不含金属元素的卟啉分子与氧化石墨烯结合后展现出了更强的非线性光学性质. 理论计算的结果与实验测量符合较好. 此外,着重研究了介质的厚度和脉冲宽度对分子双光子吸收截面的影响. 结果表明,随着介质厚度的增加或者脉宽的变宽分子的动态双光子吸收截面增大.     

D-A型二噻吩并磷杂茂衍生物分子的双光子吸收性质

在密度泛函理论理论水平上,采用响应理论方法计算了一系列2,6-donor-acceptor二噻吩并磷杂茂衍生物分子的单、双光子吸收性质.理论计算结果表明该系列分子都具有较大的双光子吸收截面,并且分子中心的磷原子无论被氧化还是金属配合,其双光子吸收截面几乎保持不变.此外,还考虑了溶剂效应对分子光学性质的影响,研究表明分子能级发生了溶剂化蓝移,并且分子的单光子和双光子吸收性质随着溶剂极性表现出非单调变化.     

含时电离对分子动态双光子吸收截面的影响

通过采用时域有限差分法和预估矫正法数值求解麦克斯韦-布洛赫方程,研究了含时电离对分子材料4,4'-二甲氨基二苯乙烯的动态双光子吸收截面的影响.研究结果表明,对周期量级的飞秒脉冲,介质发生的主要是一步共振双光子吸收,入射光强较高时出现双光子吸收饱和现象,入射光强小于双光子吸收饱和光强时介质的双光子吸收截面随入射光强的增大线性减小.在不同的传播距离处,分子的双光子吸收截面有较大的差别,因此,在对不f川的实验条件下测得的双光子吸收截而数值进行比较时,需要考虑样晶厚度对实验结果的影响.在同一传播距离处,随光电离截面取值的增人介质的双光子吸收截面减小.利用匕秒脉冲测量分子的双光子吸收截面时,通过数值模拟,讨论了已有解析结果的适用条件.     

D-A型二噻吩并磷杂茂衍生物分子的双光子吸收性质

在密度泛函理论理论水平上,采用响应理论方法计算了一系列2,6-donor-acceptor 二噻吩并磷杂茂衍生物分子的单、双光子吸收性质. 理论计算结果表明该系列分子都具有较大的双光子吸收截面,并且分子中心的磷原子无论被氧化还是金属配合,其双光子吸收截面几乎保持不变. 此外,还考虑了溶剂效应对分子光学性质的影响,研究表明分子能级发生了溶剂化蓝移,并且分子的单光子和双光子吸收性质随着溶剂极性表现出非单调变化.     

多维树枝状有机分子的双光子吸收特性

利用响应理论方法,研究了新近合成的以二-(苯乙烯基)苯为主干的多分枝有机物的双光子吸收特性.结果表明这些多维有机分子显示了较好的双光子吸收特性,其中A-π-A型的有机分子具有较大的双光子吸收截面,进一步说明了到底是对称型的还是不对称型的有机分子具有大的双光子吸收截面还与分子的π中心有关.     

二苯乙烯衍生物分子双光子吸收截面：官能团对称性的影响

选取了具有不同对称性的二苯乙烯系列衍生物分子，在HF水平上，利用响应函数方法，研究了该系列分子的单光子和双光子特性. 研究结果表明，该系列分子具有较强的双光子特性. 在可见光范围内，反对称分子的最大双光子吸收态是第一激发态，而对称分子的最大双光子吸收出现在第四激发态. 相对于对称分子而言，反对称分子具有更大的双光子吸收截面. 因此，分子的对称性是否比不对称性更有利于增大分子的双光子吸收截面，还与分子的π中心部分的特性有关. 还给出了电荷转移态的电荷迁移过程. 关键词： 双光子吸收 响应函数方法 非线性光学     

新型多共轭链有机分子双光子吸收特性的理论研究

在密度泛函理论水平上,利用解析响应函数方法研究了以（4-{2-［4-（2-吡啶-4-乙烯基）-苯基］-乙烯基}-苯基）-胺为基本结构单元的单支、双支和三支共轭链有机分子的单光子和双光子吸收特性.计算结果表明,这三种有机分子都具有较大的线性和非线性吸收强度.在紫外-可见光区域,它们的单光子吸收谱都存在两个峰,这与实验结果符合较好.在近红外区域,多共轭链有机分子呈现出宽达300 nm的宽带双光子吸收,单支、双支和三支分子的最大双光子吸收截面比约为1.0∶2.3∶4.0,其中三支分子具有最大的双光子吸收截面101.73×10^-48 cm⁴·s.从理论上进一步证实,增加分子的共轭链可有效提高分子的双光子吸收特性.同时还给出了电荷转移态的电荷迁移过程. 关键词： 双光子吸收 响应函数方法 多共轭链有机分子     

二苯乙烯衍生物的制备及结构-光学性能关系的研究

有机共轭材料由于在电子、非线性光学和发光领域具有广泛应用,引起人们广泛兴趣。苯乙烯衍生物是一类重要的有机共轭化合物。文章采用相转移Wittig反应和钯催化Heck反应合成了三种不同取代基二苯乙烯衍生物。研究了分子结构与电子吸收光谱和材料发光性能关系。同没有取代基的化合物3a相比(电子最大吸收峰波长358 nm),化合物3c中CH₃取代导致电子吸收光谱轻微红移到356 nm,硝基取代的化合物3b呈现出更大的吸收光谱红移现象,电子吸收最大峰红移到388 nm。同时发现：CH₃取代的化合物3c产生荧光发射峰在414 nm,同没有取代基的化合物3a相比,荧光发射强度明显增强;相反具有吸电子NO₂取代基的化合物3b荧光发射峰位于525 nm, 荧光发射强度明显减弱。可见二苯乙烯分子中取代基结构对分子光学性能产生重要影响。这为发光材料的分子设计提供新的思路。     

具有不同共轭长度的D-π-A-π-D型低聚物的非线性光学性质

通过实验和理论方法研究了共轭长度依赖的芴酮基线型共轭低聚物的非线性光学性质. 首先,红外光谱和稳态吸收光谱测量表明：共轭单元的增加会增强碳-碳双键伸缩振动峰,并导致稳态吸收峰的红移. 同时,双光子荧光强度会随着激发光能量的增长而逐渐增强,在引入芴-亚乙烯基单元后,双光子荧光效率有了明显的升高. 进而利用完全态求和方法模拟低聚物的双光子吸收截面,得到的理论值与通过飞秒开孔Z-扫描技术获得的实验结果吻合得较好. 研究结果表明共轭体系的延展确实会对低聚物双光子吸收特性的提高起到重要的作用.     

飞秒脉冲激光啁啾对4,4’-二(二正丁胺基)二苯乙烯的光限幅及动态双光子吸收的影响(英文)

通过采用预估矫正的时域有限差分方法(FDTD)数值求解Maxwell-Bloch方程,研究飞秒啁啾脉冲激光在4,4’-二(二正丁胺基)二苯乙烯(BDBAS)分子介质中的光限幅行为(OL)和动态双光子吸收(TPA)截面.计算表明啁啾率的符号和大小都对频谱演化和光限幅行为产生影响.啁啾率的符号决定频移的方向:正啁啾对应频谱蓝移,负啁啾对应频谱红移.随着啁啾率绝对值的增大,频移更加明显,光限幅窗口变窄,同时出射光强饱和值变大.有趣的是,当负啁啾降低到一定值(-0.025/fs2)时,出现自感应透明(SIT)现象.另外,动态双光子吸收截面在考虑啁啾效应的情况下减小.本研究提供了一种控制非线性光学吸收的方法.