有机分子第一超极化率色散效应和双光子共振增强理论研究

采用含时Hartree-Fock和多态求和方法计算了半花菁衍生物生色团的第一超极化率色散效应. 采用二能级模型研究了第一超极化率的双光子共振增强特征. 研究发现，第一激发态对半花菁非线性光学性质起决定性作用，随着入射光波长向短波方向移动，二次谐波产生β(-2ω;ω,ω)不断增大并且在950nm附近出现双光子共振效应，理论结果与实验结果较好相符. 此外，共振条件下的二能级模型需要考虑激发态弛豫效应. 研究结果为实验测量和实际应用提供了理论参考. 关键词： 分子非线性光学 超极化率 色散效应 共振增强     

溶剂中一、二维电荷转移分子二阶非线性光学性质理论研究

以典型的一、二维电荷转移分子,对硝基苯胺(pNA),1,3-二氨基-4,6-二硝基苯(DADB)分子为例,运用密度泛函理论(DFT)B3LYP和含时耦合微扰(TDHF)方法在6-31+G(d,p)水平上研究了溶剂和入射光频率对目标分子的非线性光学性质的影响.研究发现溶剂分子对分子一阶超极化率β和紫外吸收光谱的影响很大,但对一阶超极化率各向异性比η和退偏比D的影响很小,这是由于随着溶剂相对介电常数的增加,一阶超极化率的分量︱βxxy︱和︱βyyy︱不断增加,且二者具有很好的线性相关性.然而,考虑色散效应后,不同溶剂中分子的一阶超极化率及其各向异性参数都不相同,色散效应对分子一阶超极化率及其各向异性性质均有很大影响.考虑溶剂效应和色散效应后得到的计算结果与实验结果符合得较好.     

轮烯衍生物电子结构及三阶非线性光学性质的理论研究

苯轮烯衍生物具有良好的非线性光学性质. 运用密度泛函理论在不同理论水平和不同基组下计算了轮烯衍生物的静态极化率α和静态第二超极化率γ. 采用含时密度泛函TD-B3LYP方法计算了轮烯分子的紫外吸收光谱. 结果发现: 弥散函数对静态线性极化率α和第二超极化率γ 的计算结果都有显著的影响; 共轭体系的大小和引入的推拉电子基团可以调节轮烯衍生物的第二超极化率. 添加推拉电子基团后不仅能得到更高的非线性光学系数, 也能保证有较好的透光性能, 表明轮稀分子兼具有较高的三阶非线性光学响应和在可见光波段具有良好的透光性的特性. 此外, 采用CAM-B3LYP方法计算了分子1-1和分子2-2的动态(超)极化率. 计算结果表明: 在近红外区, 随着入射光频率的增大, α (ω; ω), γ (-ω; ω, 0, 0) 和γ (-2ω; ω, ω, 0) 都随之增大, 出现近共振增强效应; 在远离共振条件下, α (ω; ω), γ (-ω; ω, 0, 0) 和γ (-2ω; ω, ω, 0) 变化平缓.     

α、β-并三噻吩衍生物分子的二阶非线性光学性质

采用密度泛函理论B3LYP/6-31+g(d)方法对二聚α、β-并三噻吩衍生物的18个分子(a~j2)进行几何构型优化,对其最优构型采用TD-DFT(TDB3LYP/6-31+g(d))计算电子吸收光谱,用有限场FF方法及自编程序计算二阶非线性光学(NLO)性质。计算结果表明,增加共轭链的含乙烯桥的二聚并三噻吩比不含乙烯桥者,βμ(或β0)大1.6—5.3倍;在含乙烯桥二聚α、β-并三噻吩分子(母体分子)末端引入含C=C或C≡C的基团(如-C≡CH与-C=C(CN)_2),比引入强供电子基团(如-N(CH_2CH_3)_2)、单纯吸电子基(如F原子)βμ(或β0)更大;尤其是端接-C=C(CN)2基团的二聚α、β-并三噻吩衍生物,其βμ(或β0)值为104数量级个原子单位(10-29esu),与母体分子相比βμ增大4.8~19.6倍,更有利于改善体系的二阶非线性光学性质,从而可获得良好的非线性光学材料.     

耦合复变系数Ginzburg-Landau方程的啁啾类孤波对传输特性研究

通过对耦合复变系数Ginzburg-Landau方程所描述的非线性光纤系统的研究,分别数值分析了啁啾类亮-暗和啁啾类暗-暗两组孤波对在这种非线性光纤中传输的稳定性.在加入非线性增益(损耗),和增益带宽限制放大(滤波的谱限制)效应后,耦合啁啾孤子对的特点是暗孤波在反常群速度色散区,亮孤子在正常群速度色散区时可以稳定传输.并进一步讨论了加入振幅微扰和白噪声微扰对孤子传输稳定性的影响.     

简并四波混频中的能级交叉效应

我们用微扰方法计算了近简并准二能级系统的三阶非线性极化率x⁽³⁾(-ω;ω,ω,-ω)。研究了简并四波混频的能级交叉效应,并与共振荧光的能级交叉效应比较。指出简并四波混频的能级交叉效应可用来测量上能级及下能级的弛豫速率。 关键词：     

α、β-并三噻吩衍生物分子的电子光谱与三阶非线性光学性质

采用密度泛函理论B3LYP/6-31+g(d,p)方法对二聚α、β-并三噻吩衍生物的15个分子(a～g2) 进行几何构型优化，对其最优构型采用TD-DFT(TDB3LYP/6-31+g(d))计算电子吸收光谱，用有限场FF方法及自编程序计算三阶非线性光学（NLO）性质。计算结果表明，在乙烯分子(反式)两侧分别引入α-并三噻吩、β-并三噻吩基团(c分子)比单纯引入相同的α-并三噻吩(a分子)或β-并三噻吩(b分子)基团，更有利于增大其三阶非线性光学(NLO)性能。在含乙烯桥二聚α、β-并三噻吩 (母体分子)结构的末端，端接含C=C或C≡C的基团（如-C≡CH与-C=C(CN)2），与端接吸电子基F原子或给电子基-N(CH2CH3)2相比，能隙降值减小，最低能量吸收波长明显红移，其三阶NLO系数  值达106数量级个原子单位(10-33 esu)，显示出良好的三阶非线性光学性能，可设计成为性能良好的三阶非线性光学材料。     

α、β-并三噻吩衍生物分子的二阶非线性光学性质

采用密度泛函理论B3LYP/6-31+g(d)方法对二聚α、β-并三噻吩衍生物的18个分子(a～j2) 进行几何构型优化,对其最优构型采用TD-DFT(TDB3LYP/6-31+g(d))计算电子吸收光谱,用有限场FF方法及自编程序计算二阶非线性光学（NLO）性质。计算结果表明,增加共轭链的含乙烯桥的二聚并三噻吩比不含乙烯桥者,µ(或0)大1.6—5.3倍;在含乙烯桥二聚α、β-并三噻吩分子(母体分子) 末端引入含C=C或C≡C的基团（如-C≡CH与-C=C(CN)2）,比引入强供电子基团（如-N(CH2CH3)2）、单纯吸电子基（如F原子）µ(或0) 更大;尤其是端接-C=C(CN)2基团的二聚α、β-并三噻吩衍生物,其µ（或0）值为104数量级个原子单位(10-29 esu),与母体分子相比µ增大4.8～19.6倍,更有利于改善体系的二阶非线性光学性质,从而可获得良好的非线性光学材料。     

α、β-并三噻吩衍生物分子的电子光谱与三阶非线性光学性质

采用密度泛函理论B3LYP/6-31+G(d,p)方法对二聚α、β-并三噻吩衍生物的15个分子(a~g2)进行几何构型优化,对其最优构型采用TD-DFT(TDB3LYP/6-31+G(d))计算电子吸收光谱,用有限场FF方法及自编程序计算三阶非线性光学(NLO)性质.计算结果表明,在乙烯分子(反式)两侧分别引入α-并三噻吩、β-并三噻吩基团(c分子)比单纯引入相同的α-并三噻吩(a分子)或β-并三噻吩(b分子)基团,更有利于增大其三阶非线性光学(NLO)性能.在含乙烯桥二聚α、β-并三噻吩(母体分子)结构的末端,端接含C=C或C≡C的基团(如-C≡CH与-C=C(CN)_2),与端接吸电子基F原子或给电子基-N(CH_2CH_3)_2相比,能隙降值减小,最低能量吸收波长明显红移,其三阶NLO系数γ值达10~6数量级个原子单位(10~(-33)esu),显示出良好的三阶非线性光学性能,可设计成为性能良好的三阶非线性光学材料.     

Advantages and Drawbacks of Quantum Mechanical Static and Dynamic Approaches to Modelling Infrared Spectra

利用超简谐振动近似的有效二阶微扰法(VPT2)和变异微扰法(VCI-P)两种静态方法,以及在300和600K下的密度泛函分子动态轨线振动分析方法进行量子力学的振动计算. 比较了这四种方法对于基频跃迁频率和对应的中红外光谱在相同的B3LYP/6-31+G(d,p)基组描述电子结构前提下所得到的计算结果. 总结了对于半刚性和柔性分子的主要结果,并且对这些计算方法的优缺点进行了比较.     

NO分子的基态(X~2П)和激发态(a~4П and B~2П)光谱常量和振动能级的计算(英文)

本文使用完全活性空间自洽场/多组态相互作用(CASSCF/MRCI)理论,以cc-pVDZ为基组,计算了NO分子基态(X2Π)和激发态(a4ПandB2П)的平衡结构和单点能扫描曲线.采用最小二乘法拟合了Murrell-Sorbie函数,得到了NO分子的解析势能曲线,并利用Rydberg-Klein-Rees方法,计算得到的NO分子相应态的谐振频率和其它的光谱数据(ωe、αe、ωeχe、βe)与实验值十分一致,和其它理论计算方法进行比较,发现该方法有更好的准确性.以得到的解析势能函数为基础,求解NO分子核运动的一维径向Schrdinger方程,获得了更高振动态的振动能级.     

Linear-scaled excited state calculations at linear response time-dependent Hartree–Fock theory

In this paper, we present a localised molecular orbital (LMO) based methodology of the TDHF excited state calculation in which the computing time is linearly scaled by the size of the system. In the benchmark calculations using simple poly-acetylene molecules, the LMO-driven TDHF provides significant shorter CPU time than conventional TDHF calculations and near O(N) computing cost. We also present the techniques accelerating the convergence speed in Davidson iterative diagonalisation and show its usefulness. The methodology accurately reproduces the excited state properties of poly-acetylene molecules obtained in conventional TDHF calculations.     

基于密度泛函理论的肾上腺素分子的光谱分析

肾上腺素是一种神经和激素的传送体,研究肾上腺素分子的光谱和能级有助于了解其化学稳定性和药理作用。基于密度泛函理论（DFT）,利用Gaussian 09软件在B3LYP/6-311G（d,p）基组水平上对肾上腺素分子进行结构优化,采用含时密度泛函理论（TD-DFT）的PBE方法在def2tzvp基组水平上计算肾上腺素分子在气相中的前20个激发态,利用Multiwfn3.7（dev）软件绘制出其紫外光谱图并对激发性质进行分析。肾上腺素分子紫外光谱对应的主要跃迁是从基态分别到第1,2,4,8,15和16激发态的跃迁,其他的激发态的振子强度低于阈值0.03。理论计算得出肾上腺素的紫外光谱有两个吸收峰,分别位于206.23和273.92 nm,206.23 nm峰主要由基态跃迁到第16激发态形成,273.92 nm峰主要是基态跃迁到第2、4激发态形成,主要是由苯环上π→π*跃迁所产生,并与实验光谱吻合较好。对肾上腺素分子的激发态性质分析可知,上述吸收峰都是在最高占据轨道和最低空轨道的临近轨道跃迁产生的。利用密度泛函的PBE方法在6-311G（d, p）的基组水平上计算肾上腺素分子频率并绘制红外光谱,由振动分析可知,3 738和3 662 cm-1峰是由酚羟基O-H伸缩振动产生的特征吸收峰,3 715 cm-1峰是由醇羟基O-H伸缩振动产生的特征吸收峰,2 854 cm-1峰是由甲基的C18-H20键的伸缩振动产生的特征吸收峰,1 516和1 439 cm-1峰是苯环骨架的伸缩振动的特征吸收峰,1 279与1 057 cm-1峰分别是由C6-O10和C12-O23键伸缩振动产生的特征吸收峰,620 cm-1峰是N22-H17键摇摆振动的特征吸收峰。对比肾上腺素的实验红外光谱,发现理论光谱与实验光谱中各基团的特征吸收峰都较为明显且总体吻合较好。由于肾上腺素分子二聚体和多聚体之间形成氢键,分子间氢键的形成削弱了O-H键的强度,降低了能形成分子间氢键的羟基O-H的伸缩振动频率,从而导致实验光谱在3 500～2 500 cm-1之间呈现出一个宽峰。     

Nonstationary Casimir effect in cavities with two resonantly coupled modes

We study the peculiarities of the nonstationary Casimir effect (creation of photons in cavities with moving boundaries) in the special case of two resonantly coupled modes with frequencies ω₀ and (3+Δ)ω₀, parametrically excited due to small amplitude oscillations of the ideal cavity wall at the frequency 2ω₀(1+δ) (with |δ|,|Δ|⪡1). The effects of thermally induced oscillations in time dependences of the mean numbers of created photons and the exchange of quantum purities between the modes are discovered. Squeezing and photon distributions in each modes are calculated for initial vacuum and thermal states. A possibility of compensation of detunings is shown.     

(μ-L1)(μ-L2)十羰基合三锇电子光谱的含时从头计算

用从头计算(ab initio)方法,在HF/CEP-4G水平上,全优化计算了Os₃(CO)₁₀(μ-L1)(μ-L2) [L1,L2=H,Cl,Br,I]簇合物的的分子几何构型,在此基础上对这些簇合物的前线轨道进行了讨论,发现对于M—M键,p轨道虽有贡献,但以s,d轨道的贡献为主,同时从Cl→I,随着桥配体原子序的增大,Os₃(CO)₁₀(μ-L)₂类簇合物的HOMO与NHOMO轨道能量依次升高,而Os₃(CO)₁₀(μ-H)(μ-L)类簇合物只有HOMO轨道能量依次升高,而Os₃(CO)₁₀(μ-L)₂类簇合物的LUMO与HOMO的能量差Δε_L-H及LUMO与NHOMO的能量差Δε_L-NH都依次变小,可以预示,簇合物的电子光谱基谱带将红移。用TDHF计算了这些簇合物的电子吸收光谱。计算结构表明,簇合物Os₃(CO)₁₀(μ-H)₂(I)的跃迁主要为π→σ*和σ→σ*,对于其他几个簇合物Os₃(CO)₁₀(μ-H)(μ-L) [L=Cl,Br,I] 和Os₃(CO)10(μ-L)₂[L=Cl,Br],电子吸收峰主要都发生在σ→σ*的跃迁。从Cl→I,随着桥配体原子序的增大,簇合物的电子光谱基谱带红移,且光谱线强度逐渐减弱。     

The near-infrared spectra and distribution of excited states of electrodeless discharge rubidium vapour lamps

The population ratio between the excited states of rubidium in the electrodeless discharge rubidium vapour lamp is calculated according to the near-infrared spectra in the region of 780-1550 nm. By using a 1529 nm laser, we measure the density of natural rubidium atoms at the 5P_3/2 level. The populations of different excited states are then clarified.     

CaBa-铝酸盐玻璃中Cr4+谱线宽度随温度的变化

测量了15~300K温度范围内57.5%Al_1.5O-35%CaO-7.5%BaO玻璃中四价铬的发射光谱.这种材料中铬离子的能级处于Tanabe-Sugano图上弱场范围中,最低的激发态是³T₂,发射谱是一个宽带.按照单频近似理论拟合低温下的光谱,得到³T₂能级的零声子线位置E_zp=8400cm^-1,声子能量tω=320cm^-1,黄昆因子S=358.尽管单频近似能够较好地描述低温下的线形,发射光谱宽度随温度的变化却与单频近似理论的结果不符.讨论了这种差别的原因,认为可能的解释是与激发态耦合的声子能量大于与基态耦合的声子能量.     

强耦合表面极化子的激发能量

采用线性组合算符方法及幺正变换方法研究了电子与表面光学(SO)声子和体纵光学(LO)声子均为强耦合的表面极化子的激发态性质.计算了体系的有效哈密顿量、振动频率和体系由基态向第一激发态跃迁所需的激发能量.     

The millimeter wave rotational spectrum of lactic acid

The results of a comprehensive investigation of the rotational spectrum of lactic acid over the frequency region 171-318 GHz are reported. Some supersonic expansion measurements at 8-16 GHz have also been made. A complete set of octic level constants in the asymmetric rotor Hamiltonian has been determined for the ground vibrational state from a fit to over 1000 measured transition frequencies. Spectroscopic constants have also been determined for the first five excited states of the low frequency, 60 cm⁻¹, torsional vibrational mode, and for four other vibrationally excited states. Vibrational states become rather crowded above 200 cm⁻¹, with seven different states only in the next 100 cm⁻¹, and almost all of the measured states in this energy region show evidence of perturbations. The analysis was carried out with the newly developed AABS software package for Assignment and Analysis of Broadband Spectra.