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.     

以低聚(芴-亚乙烯基)为官能团的蒽基线型低聚物光学性质的实验和理论研究：π延展的作

通过实验和理论方法系统地研究了以低聚(芴-亚乙烯基)为官能团的蒽基线型低聚物(An-OFV_n (n=1～4)) 的光物理性质. 稳态光谱测量表明：芴-亚乙烯基单元的增加会导致吸收光谱的红移,并抑制低聚物间激基缔合物的形成. 量化计算表明：随着芴-亚乙烯基单元的增加,HOMO,LUMO能级及带隙逐渐趋于常量. 支臂上的电子云分布也逐渐增强,使得低聚物吸收光谱的形状逐步趋向于支臂本身吸收光谱的形状. 时间分辨荧光测试表明,当低聚物中芴-亚乙烯基单元的数目≥2后,激基缔合物的辐射寿命几乎是不变的. 在非线性光学测试中,双光子荧光产率和双光子吸收截面都会随着芴-亚乙烯基单元的增加逐渐增强,并于芴-亚乙烯基单元的数目为4时接近一个极值.     

线性共轭齐聚物共轭单元依赖的光学特性

研究三种线性共轭齐聚物(F-P、F-P-F和P-F-P-F-P)的光学特性,其中吩噻嗪单元(F)和芴单元(P)交替排列. 随着共轭体系的增强,它们的吸收和发射带都逐渐红移,双光子吸收特性明显的改进. 利用连续速率分布模型分析荧光动力学的结果显示,它们的弛豫速率在逐渐增加,速率分布宽度也在变窄. 量子化学计算给出了它们的分子结构和跃迁机制,显示π共轭系统的增强促使了双光子特性的改进.     

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     

一种新型双共轭链分子非线性光学性质的理论研究

对实验室合成的双共轭链分子1,4-二(4-二乙胺基苯乙烯基)-2-［4-(N-甲基-N-羟乙基)氨基-4′-硝基偶氮苯］-5-己烷氧基苯(BSBAB)及合成它的单共轭链分子的单光子和双光子吸收特性在从头计算的基础上利用密度泛函理论进行了研究.分子BSBAB的优化结构显示，组成该分子的横链和纵链除了保持各自的共轭面外，几近相互垂直.因此，分子BSBAB较好地继承了两个单共轭链分子的光学特性.计算结果表明，在低能量范围内，分子BSBAB具有三个双光子吸收峰，分别来自于两个单共轭链分子以及两者的耦合作用.从理论上证明了双共轭链分子BSBAB是一种具有宽带强双光子吸收的分子材料.理论结果和实验结果符合得较好.在HF水平上的响应函数方法进一步证实了有限态求和方法计算结果的可靠性.还给出了电荷转移态的电荷迁移过程. 关键词： 双光子吸收 双共轭链有机分子 非线性光学     

自由基型光引发剂的瞬态及稳态荧光特性研究

利用荧光光谱技术研究了不同自由基型光引发剂的瞬态及稳态荧光光谱特性,从分子结构出发分析了共轭结构对光引发剂荧光光谱的影响.实验结果表明随共轭效应的增强,荧光激发与发射峰波长逐渐增大;瞬态荧光谱的衰减受电子基团的影响较为明显,含有吸电子基团的光引发剂荧光衰减快,而含有给电子基团的光引发剂荧光衰减慢.通过对溶剂极性及粘度研...     

基于扭曲A-π-D-π-A构型的蓝色荧光材料的π-共轭桥与光物理特性间的关系（英文）

蓝色荧光材料在作为有机发光器件(OLED)的蓝光发光层材料方面具有很大的商业应用潜力。本文将4-(9H-咔唑-9-基)苯胺(CzPA)作为电子给体单元、三氟甲基苯基(FMP)作为电子受体单元,通过在CzPA和FMP之间分别引入苯,9,9'-二辛基-9H-芴和双(9,9′-二辛基-9H-芴)作为π-共轭桥,设计并合成了一系列基于扭曲A-π-D-π-A构型的蓝色荧光材料(CzPA-B-FMP,CzPA-F-FMP,CzPA-DF-FMP),并研究π-共轭桥与材料光物理性质之间的关系。通过对材料的相关光物理性质以及电荷转移特性的详细比较,可以分析得出:CzPA和FMP之间的π-共轭桥长度的增加可以增强激发态的局部激发特性,进而提高这些材料的荧光量子效率和器件的外量子效率。但是,过长的π-共轭桥将导致更大的分子间共轭效应,不利于材料光物理性质的优化。     

给体位置和数目对四苯基乙烯衍生物双光子吸收性质的影响

在杂化密度泛函水平上,利用响应函数方法,计算了一类四苯基乙烯衍生物的双光子吸收性质.考虑了四苯基乙烯上给电子基团的位置和数目对双光子吸收性质的影响.并且,根据实验者采用的分子,通过增加分子的平面性和共轭长度,以及增强给体强度,理论设计了三种分子结构,并计算了它们的双光子吸收性质.结果表明,给体位置和数目对双光子吸收性质有重要影响.位于分子末端的给体取代基能有效提高双光子吸收强度.随着给体数目的增加,双光子吸收波长发生红移.在四苯基乙烯的不同侧位上添加给体取代基对双光子吸收性质的影响有明显差异.与实验者采用的分子相比,理论设计的分子结构双光子吸收截面均明显增大.当三苯胺基代替四苯基乙烯基之后,双光子吸收峰发生较大红移,双光子吸收截面明显增大.     

两种聚对苯乙炔类衍生物的线性与非线性光学性质

采用吸收光谱、荧光光谱和皮秒Z-扫描等实验方法研究了侧链长度的不同对聚[2-甲氧基-5-(2′-乙基-己氧基)]对苯乙炔(MEH-PPV)和聚(2,5-二辛氧基)对苯乙炔(DO-PPV)两种聚对苯乙炔(PPV)衍生物光学性质的影响,并用π-电子共轭结构理论和共振、非共振增强理论进行了分析。结果表明,侧链较长的MEH-PPV的吸收峰和荧光发射峰比DO-PPV相应的吸收和荧光峰均有所红移;侧链结构及共振增强使得MEH-PPV的三阶非线性极化率比DO-PPV增强了近两个量级,并在532 nm激发时,χ(3)具有最大值9.30×10-10esu。     

一种新型有机染料的宽带双光子吸收和光限幅特性的研究

研究了一种新型双共轭链有机染料分子的双光子吸收（TPA）及其光功率限幅特性，实验研究了该有机染料的双光子吸收谱和光功率限幅曲线. 结果证实在浓度为1×10^-2 mol/L的四氢呋喃（THF）溶液中，该有机染料在近红外区有宽达400nm的宽带非线性双光子吸收及光功率限幅特性. 它的双光子吸收谱存在三个峰，分别位于730，850和980nm，并且在850nm处有最大的TPA截面，为σ′₂＝25.9×10^-47　cm^{4·s 关键词： 宽带 双光子吸收 光限幅 双共轭链有机分子}     

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。     

线性多烯分子的π电子能隙对原子振动的调制

β胡萝卜素是典型的线性多稀分子,重要的光电材料,在医学上也有重要的作用,研究它在外场作用下分子结构和性能的变化及机理有很重要的理论和应用价值。分别测量了β胡萝卜素在二甲基亚砜中温度为81～25 ℃范围和β胡萝卜素在二硫化碳中压力为0.04～0.60 GPa范围的紫外-可见吸收和共振拉曼光谱。发现了两种不同的的光谱现象,随温度降低,二甲基亚砜中的β胡萝卜素分子的紫外-可见吸收、拉曼光谱都红移,拉曼散射截面增大;而随压强增加二硫化碳中β胡萝卜素分子的紫外-可见吸收峰也红移,但拉曼散射峰却蓝移,拉曼散射截面减小。两种实验现象不能同时用线性多烯分子的“有效共轭长度”“弱阻尼相干振动”等理论模型给予明了解释。电子—声子耦合常数,可以表征分子中的原子和电子在外界环境作用下的相互振动耦合程度的强弱。该研究依据电子—振动相互作用规律,通过分析和计算得出结论：二种实验现象都是π电子与碳碳键振动相互作用产生的,即由于温度、压力作用对β胡萝卜素分子结构及电子—振动耦合影响不同, 引起电子-声子耦合常数不同,是电子能隙对碳碳振动的调制作用而产生的两种实验结果。     

(E,E)-1,4-双{2''-[5''-(B,B-二甲基苯硼)-2-噻吩基]乙烯基}-苯分子双光子吸收特性的理论研究

在密度泛函水平上,利用响应函数方法,研究了分子的单光子和双光子吸收特性.计算出了该分子在低能量范围内的最大双光子吸收截面为6.47×10-47cm4s/photon,与实验符合的较好.研究结果表明该分子具有较强的双光子吸收特性,是较好的双光子吸收材料.     

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.     

(E,E)-1,4-双{2''-[5''-(B,B-二甲基苯硼)-2-噻吩基]乙烯基}-苯分子双光子吸收特性的理论研究

在密度泛函水平上,利用响应函数方法,研究了分子的单光子和双光子吸收特性.计算出了该分子在低能量范围内的最大双光子吸收截面为6.47×10-47 cm4 s/photon,与实验符合的较好.研究结果表明该分子具有较强的双光子吸收特性,是较好的双光子吸收材料.     

激发光的表面等离激元增强效应导致的双光子荧光增强(英文)

理论上研究了吸附在金纳米颗粒表面的CdSe量子点的双光子荧光增强效应。在偶极近似下,全面地考虑了金纳米颗粒的存在造成的表面等离激元共振增强效应和以金纳米颗粒作为受体的非辐射能量转移效应,给出了金纳米颗粒对量子点双光子荧光的增强因子。通过数值模拟,给出了将贵金属纳米颗粒更有效地用于增强双光子荧光的方法,即将贵金属纳米颗粒的表面等离激元共振峰调至激发波长处,尽可能地增大激发光的表面等离激元共振增强效应。上述理论分析结果很好地验证了已经报道的实验结果。     

低强度飞秒激光激发下CdTe和CdTe/CdS核壳量子点的荧光上转换研究

利用400 nm和800 nm不同波长的低强度飞秒激光,对CdTe和CdTe/CdS核壳量子点溶胶进行激发,研究其稳态和时间分辨荧光性质.800 nm飞秒激光激发下,CdTe和CdTe/CdS核壳量子点产生上转换发光现象,上转换荧光峰与400 nm激发下的荧光峰相比蓝移最多达15 nm,而且蓝移值与荧光量子产率有关.变功率激发确认激发光功率与上转换荧光强度间满足二次方关系,时间分辨荧光的研究表明荧光动力学曲线服从双e指数衰减.提出表面态辅助的双光子吸收模型是低激发强度上转换发光的主要机理.CdTe和CdT 关键词： CdTe量子点 CdTe/CdS核壳量子点 时间分辨荧光 上转换荧光     

双光子光学多稳态理论

本文系统地研究了双光子共振作用的光学多稳态理论。在平均场近似下求出的状态方程包含了动态斯塔克效应及弛豫时间参数。指出了在平均场近似下,F-P腔与单向环形腔的状态方程有基本相同的形式。分析了双光子光学多稳态的两种物理机构——克尔效应与饱和吸收效应。在一定条件下这两种效应的共同作用可导致双稳态、双双稳态及三稳态。进一步还给出了区分双稳态、双双稳态及三稳态的判别式。最后还研究了双光子四波混频位相复共轭反射率的双稳态及多稳态。 关键词：     

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.