Second-order Nonlinear Optical Properties of a Series of Benzothiazole Derivatives

The second-order nonlinear optical (NLO) properties of a series of benzothiazole derivatives were studied by use of the ZINDO-SOS method.These chromophores are formed by a donor- π- bridge-acceptor system,based on a nitro group connected with benzothiazole as the acceptor and a hydroxyl-functional amino group as the donor.For the purpose of comparison,we also designed molecules in which nitrobenzene is an acceptor,The calculation results indicate that benzothiazole derivatives exhibit larger second-odrder polarizabilities than nitrobenzene derivatives.In order to clarify the origin of the NLO response of these chromophores,their electron properties were investigated as well.The benzothiazole derivatives are good candidates for application in electro-optical device due to their high optical nonlinearities,good thermal and photonic stability.     

对硝基二苯乙炔系列衍生物的二阶非线性光学性质的理论研究

在ZINDO方法基础上,按完全态求和(SOS)公式编制了计算分子二阶非线性光学系数β_ijk和β_μ的程序,研究了对硝基二苯乙炔系列衍生物的结构和非线性光学性质,考察了分子共轭链长和给电子基团对β_μ的影响.结果表明,对硝基二苯乙炔系列衍生物上连有推电子基团有利于增大二阶光学非线性,扩大共轭范围也有利于增大二阶光学非线性,但对透明性则影响不大.     

苯醌系列衍生物分子二阶非线性光学性质的理论研究

在ＡＭ１和ＺＩＮＤＯ方法基础上，按完全态救 公式计算了分子二阶非线性光学系数βｉｊｋ，对苯醌系列衍生物分子的二阶非线性光学性质进行了系统的理论研究，即在分子ＲＣ６Ｈ４ＮＨ３Ｃ６Ｏ２ＮＨ２Ｒ基础上，分别改变取代基Ｒ和Ｒ‘，研究取代基变化时β变化的规律怀，对计算结果反映的规律性和微以上给予了合理的解释。     

取代吡啶系列分子的光谱和二阶非线性光学性质的理论研究

采用AM1方法优化分子构型,用ZINDO方法研究了氨基、硝基取代的吡啶系列分子的电子光谱,并在此基础上用自编程序计算了这些分子的二阶非线性光学系数,对取代吡啶系列分子的二阶非线性光学系数的影响因素进行了探讨,并在微观上给予了解释。     

吩噻嗪侧环取代衍生物的二阶非线性光学性质的ZINDO-SOS研究

在ZINDO方法基础上,按完全态求和(SOS)公式编制了计算分子二阶非线性光学系数β_ijk、β_μ的程序,研究了各种吩噻嗪侧环取代衍生物的结构和二阶非线性光学性质,结论是侧环上推、拉电子取代基(不太弱)对增大二阶光学非线性都有利,扩大共轭范围也对增大二阶光学非线性有利,并对上述结果在微观上给予了解释。     

螺旋共轭分子2,2′-螺二茚-1,1′, 3,3′-四酮及其衍生物的二阶非线性光学性质与分子结构关系的研究

采用AM1和ZINDO系列方法研究了螺旋共轭分子2,2′-螺二茚-1,1′, 3,3′-四酮及其含氮衍生物的几何构型和各分子的稳定构型, 并以稳定构型为基础, 计算了这些分子的电子光谱、二阶非线性光学系数βμ, β0及电荷转移, 考察了取代基变化对βμ的影响. 计算结果表明, 所设计分子兼具较大的二阶非线性光学系数和较高的透过率, 有希望成为一类新型的二阶非线性光学材料.     

C60-吡咯烷衍生物的合成及非线性光学性质的研究

通过富勒烯C₆₀与肌氨酸和有机醛化合物的1,3-偶极环加成反应, 获得了九种含不同有机功能基团的C₆₀吡咯烷衍生物1～9, 用¹H NMR, ¹³C NMR, FTIR, UV-vis和FAB-MS进行了结构表征; 利用皮秒激光光源, 采用z扫描技术测定了分子的三阶非线性超极化率γ⁽³⁾, 结果显示: 化合物3 (γ⁽³⁾＝4.14×10^－33 esu)具有最大的三阶非线性光学系数, 说明增加噻吩共轭链的长度, 使三阶非线性活性增加; 对具有相同共轭链的C₆₀-噻吩吡咯烷衍生物(2, 5, 1和4), 吸电子取代基减小了三阶光学非线性活性, 给电子基增大了三阶光学非线性活性; 同时发现喹啉环2-位键联(7)比4-位(8)有更好的三阶光学非线性活性.     

ZINDO-SOS Studies on Second-order Nonlinear Optical Properties of Thiophene S,S-Dioxide Chromophores

IntroductionThe organic nonlinear optical(NLO) chromo-phores used for electro- optic(EO) polymers havereceived much attention of scientists due to theirfaster response time,wider applied wave bands,lower loss,easy remoulding and other novel prop-erties.A variety of organic chromophores havebeen extensively investigated for their nonlinearoptical properties,e.g.,thiophene containingπ-systems[1— 10 ] .Those systems in general exhibit en-hanced second- order polarizabilities but less ther-mal…     

十二顶点邻位双取代碳硼烷衍生物二阶NLO性质的理论研究

采用密度泛函理论(DFT) B3LYP/6-31G*方法, 对系列十二顶点邻位双取代碳硼烷(C2B10H12)衍生物的几何构型进行优化. 在所得优化结构的基础上, 结合有限场方法(FF)和含时密度泛函理论(TD-DFT)对这些分子的二阶非线性光学(NLO)活性及电子吸收光谱进行了研究. 结果表明, 邻位双取代碳硼烷有较强的吸电子作用, 与有机基团形成D-π-A结构时, 可以起到很好的受体作用. 当给体部分或桥的共轭性好, 给体的给电子能力强时, 邻位双取代碳硼烷的吸电子作用更明显, 从而增强了分子的二阶NLO响应.     

半花菁衍生物分子非线性光学性质的理论研究

采用有限场(FF)/PM3方法对半花菁衍生物的第一超极化率和分子前线轨道性质进行了计算.结果表明,半花菁衍生物分子的第一超极化率主要与D-π-A结构有关,σ-烷基链对分子第一超极化率的影响很小,并且分子第一超极化率与分子前线轨道HOMO和LUMO能级差ΔEHL呈较好的线性关系.     

一水甲酸锂晶体二阶非线性光学系数的理论计算

采用有限场方法和含时耦合微扰方法,在6-31+G*基组水平上并考虑了电子相关效应和色散效应的影响,计算了一水甲酸锂晶体的宏观二阶非线性光学极化率和二阶非线性光学系数。其中非线性光学系数d31和d32与Roberts报道的相符,而另一个系数d33则比文献值大。计算结果还表明,在非共振情况下,电子相关效应对非线性光学极化率的影响远远超过了色散效应,同时表明Roberts报道的非线性光学系数比Singh等人报道的更为合理。     

氮杂联苯乙烯系列衍生物的二阶非线性光学性质的理论研究

新型高非线性光学活性生色团分子的设计与探索已成为近来工作的焦点 [1] .化学家们 [2～ 9]研究了大量具有π电子结构和有分子内电子转移的有机化合物如推拉苯乙烯、 Schiff碱、偶氮苯、取代吡啶、噻吩乙烯等体系的二阶非线性光学特性 ,发现这些推拉共轭体系的共轭链长增加均导致二阶非线性极化率 β增大 ,紫外光谱红移 ,透明性降低 .本文研究推拉氮杂苯乙烯及二苯乙烯系列衍生物的二阶非线性光学性质 .结果表明 ,对于苯乙烯和二苯乙烯衍生物 ,引入嘧啶环既提高了二阶非线性光学系数 ,又不影响材料的透明性 ,是很有前途的二阶非线性光学候…     

6,12-二乙炔基茚并[1,2-b]芴系列衍生物的非线性光学性质

采用密度泛函理论(DFT) CAM-B3LYP方法对6,12-二乙炔基茚并[1,2-b]芴系列衍生物的极化率(α_s)和第二超极化率(γ_s)进行研究. 结果表明, 此类分子具有较大的γ_s值. 用乙炔基硅烷基和氧原子取代茚并[1,2-b]芴分子6,12位的氢原子后, 分子的几何构型发生改变, 进而影响其非线性光学(NLO)性质. 连接乙炔基硅烷基的分子α_s值和γ_s值均增大, 而连接氧原子的分子α_s值和γ_s值均减小. 茚并[1,2-b]芴环2,8位取代基R(R=H, F, CH₃)的不同, 对分子的γ_s值也有一定的影响, R为CH₃时分子的α_s值和γ_s值均较大. 由含时密度泛函理论(TD-DFT)方法计算的吸收光谱分析可知, 与茚并[1,2-b]芴系列分子相比, 引入乙炔基硅烷基的分子共轭性增强, 最大吸收波长红移; 引入氧原子的分子几何结构扭曲, 共轭性降低, 最大吸收波长蓝移.     

Synthesis of Imidazole Derivatives for Their Second-order Nonlinear Optics

The design and the synthesis of two conjugated donor-acceptor imidazole derivatives(1,2) were carried out for second-order nonlinear optics.The thermal properties.The transparency and second-order nonlinear optical properties of the molecules were investigated.The experimental results indicate that a good nonlinearity-transparency-thermal stability trade-off is achieved for them.     

几种查耳酮的二阶非线性光学性质解析

合成了一系列的查耳酮衍生物,系统地测量了其ＳＨＧ（二次谐波产生）效率和截止吸以长,并用ＣＮＤＯ／Ｓ－ＣＩ方法计算了它们的二阶非线性光学系数β值。通过对这些化合物性质的分析发现：（１）取代基Ｂｒ不仅能有效地增强微观非线性能能有效地增强材料的宏观非线性效应。（２）取代基Ｂｒ有利于改善材料的透光性能的和热稳定性;（３）分子在晶体中的空间取向是影响材料宏观非线性的另一个重要因素。     

偶氮系列分子二阶非线性光学性质的理论研究

在ＡＭ１和ＺＩＮＤＯ方法基础上，按完全态求和公式编制了计算分子二阶非线性光学系数βｉｊｋ的程序，并对偶氮系列分子的二阶非线性光学性质进行系统的理论研究。研究取代基变化时β变化的规律性，并在微观上给予解释，最后设计出非线性光学系数较大的分子。     

末端基团对芴类衍生物分子非线性光学性质的影响

通过采用预估矫正的时域有限差分方法数值求解速率方程-光场强度方程,研究了纳秒激光脉冲在具有不同末端基团的对称性芴类衍生物分子2,7-双(4′-(二甲基氨基)苯乙烯基)-9-氢-芴(F1分子)和2,7-双(4′-硝基苯乙烯基)-9-氢-芴(F2分子)中的动力学传播过程以及光限幅效应,分析了两种分子的光限幅特性随传播距离(z)、粒子数密度(N)以及脉冲宽度(τ)的变化情况,并且拟合了两种分子的动态双光子吸收(TPA)截面。计算结果表明,该系列分子具有较大的双光子吸收截面以及较好的光限幅效应。此外,F2分子的末端基团―NO2与F1分子的末端基团―N(CH3)2相比具有更强的得电子能力,因而使得F2分子具有更大的跃迁偶极矩,双光子吸收截面增大,光限幅效应更为明显。     

Theoretical Calculations on the Second-order Nonlinear Optical Property of Chiral Bis-corroles

The second-order nonlinear optical (NLO) properties of 5,10,15-triphenylcorrole (TPC), 5,10,15,20-tetraphenylporphyrin (TPP) and L-amino acid bridged bis-corroles 1, 2, 3 and 4 have been calculated by using TDHF/PM3 method based on the RHF/6-31G (TPC and TPP) or semiempirical PM3 (1, 2, 3, 4) optimized geometries. Calculation results showed TPC and TPP have C1 and D2h symmetry, respectively when N-H protons are localized on the nitrogen atoms. TPC is the second-order NLO active chromophore due to the cancellation of centrosymmetrical structure and its first hyperpolarizability β increases to 11.524×10-30 esu. Under electrical dipole approximation, β values of bis-corroles 1, 2, 3 and 4 vary from 9.831×10-30 to 14.221×10-30 esu, and no much improvement in the first hyperpolarizability was observed as compared to TPC monomer. However, β values of bis-corroles 1, 2, 3 and 4 are improved by about 4 times as compared to their bis-porphyrin counterparts. The analysis of β components indicates that β of this kind of bis-corroles is mainly contributed from its radial component βr. With the variation of amino acid side chains, βHRS, β, βxyz, βr and βa of bis-corroles change remarkably. Chiral L-amino acid bridged bis-corroles 2, 3 and 4 have a right-handed helix structure, and their chiral component βxyz matches βxyz ∝ r2ζ/L4 (helix parameters), showing the second-order chiral NLO response of these bis-corroles could be described by one-electron helical model theory. It was found that the radial component βr of chiral helix bis-corroles also matches β r ∝ r2ζ/L4.     

系列新推拉型多环共轭分子二阶非线性光学性质的理论研究

在AM1和ZINDO方法基础上,按完全态求和(SOS)公式编制了计算分子二阶非线性光学系数β_ijk和β_μ的程序,研究了一系列新推拉型多环共轭分子的结构、光谱和二阶非线性光学系数β(-2ω,ω,ω)和β(0,0,0).考察了分子共轭链长、分子骨架和给电子取代基对β_μ的影响,并设计了具有最大β_μ的新型非线性光学材料分子.     

由螺旋原子连接的系列立体交叉型分子的光谱与二阶非线性光学性质

用AM1和ZINDO系列方法研究了以螺原子连接的立体交叉型分子的几何构型,研 究了各分子的稳定构型并以稳定构型为基础,计算了这些分子的电子光谱,二阶非 线性光学系数β_μ, β_0,考察了取代基变化对β_μ的影响。计算结果表明所设 计分子兼具较大的二阶非线性光学系数和较高的透过率,有希望成为一类新型的二 阶非线性光学材料。