一种新型蓝光发射聚合物的非线性光学性质和超快动力学

以一种新型蓝光发射聚合物多聚(5-二苯胺基)-1,3-苯乙烯(Yu1)及其单体材料5-二苯胺基苯基-1,3-二甲醛(Yu0)为研究对象, 利用飞秒Z扫描技术和泵浦-探测技术研究了这两种材料的非线性光学性质以及超快动力学. 结果表明, 聚合后, 聚合物Yu1的双光子吸收性质得到显著增强, 每重复单元的双光子吸收截面达到单体Yu0的10倍. 超快动力学研究结果揭示了Yu0和Yu1的不同弛豫过程. 聚合物Yu1的400 nm单色泵浦-探测实验结果表现出明显的各向异性: 由于激子迁移的高度方向性, 泵浦光与探测光偏振方向平行配置时观察到的快过程在偏振方向垂直配置时消失. 非线性光学性质以及超快动力学研究结果表明聚合单体对非线性性质的增强效应.     

二苯乙烯衍生物和二噻吩并噻吩衍生物的双光子吸收截面的理论研究

用AMI和INDO/CI理论方法,系统研究了二苯乙烯衍生物和二噻吩衍生物的结构和电子光谱。在正确的UV-vis光谱基础上,预测了双光子吸收峰的位置。用完全态求和(SOS)公式计算了三阶非线性光学系数及双光子吸收截面,并从微观上探讨了不同骨架以及不同取代基对双光子吸收截面的影响。     

不同类型二苯乙烯衍生物双光子吸收截面的理论研究

用AM1和INDO/CI理论方法,系统研究不同类型二苯乙烯衍生物(D-π-D,A-π-A,D-π-A)的结构和电子光谱。在正确的UV-vis光谱基础上,预测了双光子吸收峰的位置,用SOS公式计算了三阶非线性光学系数及双光子吸收截面,并从微观上探讨了不同取代基对双光子吸收截面的影响。     

对位氨基能显著提高D-A-D型化合物的双光子吸收性能

报道了具有典型D-A-D型共轭结构的反式2,5-二氰基-1,4-二(4'-甲氧基苯乙烯基)苯(MOS-CN), 2,5-二氰基-1,4-二(4'-二甲胺基苯乙烯基)苯(MAS-CN)和1,4-二(4'-甲氧基苯乙烯基)苯(MOS)的合成. 用核磁、红外和元素分析进行了表征. 测试了紫外吸收光谱、单光子荧光光谱、双光子荧光光谱、双光子吸收系数及双光子吸收截面. 在800 nm的飞秒脉冲激光激发下, 化合物MOS-CN, MAS-CN和MOS分别发出很强的绿色、黄色和蓝色上转换荧光. 化合物MOS-CN, MAS-CN和MOS的最大吸收波长、单光子发射波长、双光子诱导荧光波长、荧光量子产率、双光子吸收系数、双光子吸收截面及双光子荧光寿命各分别是393, 473, 367 nm; 470, 569, 434 nm; 475, 574, 438 nm; 0.12, 0.72, 0.21; 0.8, 5.3, 0.3 cm/GW; 270, 1790, 101 GM; 140 ps, 1.32 ns, 54 ps. MAS-CN的双光子吸收截面是MOS-CN的6.63倍, MOS-CN的双光子吸收截面是MOS的2.67倍, 表明对位氨基显著地提高了化合物的双光子吸收性能, 氰基也较大地提高了双光子吸收截面.     

反式二苯乙烯系列衍生物双光子吸收截面的理论研究

采用PM3和INDO/CI理论方法,系统研究了对称取代反式二苯乙烯衍生物的结构和电子光谱.在正确的UV-Vis光谱基础上,预测了双光子吸收峰的位置.自编程序用SOS公式计算了三阶非线性光学系数及双光子吸收截面,并从微观上探讨了不同取代基对双光子吸收截面的影响     

1,4-二(4'-N,N-二苯胺基苯乙烯基)苯衍生物单双光子吸收性质的理论研究

随着双光子显微技术的发展,获得性质优良的双光子荧光染料成为研究热点.因此,通过密度泛函理论(DFT)对一系列D-π-A-π-D型1,4-二(4'-N,N-二苯胺基苯乙烯基)苯(DPA-DSB)衍生物平衡几何结构、电子结构、单双光子吸收以及荧光发射性质进行了理论研究,对其结构和光学性质的分析表明,对A,π结构元进行修饰或更换可有效地调节光谱;向分子片段A引入杂原子可有效提高双光子吸收截面;和乙烯基团相比,π桥为乙炔基,若对分子平面性改变不大,则导致分子双光子吸收截面值减小,若乙炔桥很大程度改善分子平面性,则导致分子的TPA截面增大.本研究旨在理解DPA-DSB衍生物分子结构与双光子性质间的关系,为设计合成新型双光子材料提供重要信息.     

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.     

具有大的双光子吸收截面的A-A-A型双苯乙烯基苯类化合物的合成

合成了A-A-A型双苯乙烯基苯类化合物FR[2,5-二氰基-1,4-二(4'-氟苯乙烯基)苯],并采用核磁共振、红外光谱和元素分析等手段对其进行了表征.用飞秒脉冲诱导荧光光谱法分别研究了2个A-A-A型双苯乙烯基苯类化合物FR与CY[2,5-二氰基-1,4-二(4'-氰基苯乙烯基)苯]以及2个D-A-D型双苯乙烯基苯类化合物MO[2,5-二氰基-1,4-二(4'-甲氧基苯乙烯基)苯]和MA[2,5-二氰基-1,4-二(4'-二甲胺基苯乙烯基)苯]的单、双光子吸收与发射特性.实验结果表明,最大单光子吸收与发射波长随末端取代基供电子能力的增强而增大,末端强吸电子基化合物FR和CY具有相当高的荧光量子产率(分别为0.92与0.89)、较长的荧光寿命(分别为5.8与6.1 ns)及较大的双光子吸收系数(分别为19.1与20.5).末端带强吸电子基的化合物FR与CY的双光子吸收截面(δ,分别为6350 GM和6870 GM)比末端带供电子基的化合物MO和MA的δ(分别为270 GM与1790 GM)要大得多,表明A-A-A型双苯乙烯基苯类化合物具有异常大的δ.     

用HRS技术研究CdS/Cd纳米粒子的二阶光学非线性

用新发展的超瑞利散射（HRS）技术（一种非相干的方法）研究了表面富镉的CdS纳米粒子的二阶非线性光学性质。结果表明每个纳米粒子的二次非线性极化率β值在10^-26esu量级,这是目前报导的具有最大β值的溶液物种之列。探讨了CdS纳米粒子产生二阶非线性的机制。认为纳米粒子大的比表面及表面缺陷结构对CdS纳米粒子的二阶光学非线性有很大影响。另外,双光子吸收诱导的共振增强作用亦可能贡献CdS纳米粒子的HRS信号,这种双光子共振吸收被其双光子荧光谱所证实。     

两个系列星型准八极矩分子单光子和双光子吸收性质的理论研究

采用DFT/B3LYP/6-31G*和ZINDO-SOS方法, 系统地研究了两个系列(以苯为中心的a系列和以三苯胺为中心的b系列)星型准八极矩分子及其单枝物的单光子和双光子吸收性质. 结果表明, b系列分子有较大的双光子吸收截面和更长的单光子和双光子吸收波长. 星型三分枝分子的双光子吸收截面较其单个分枝增长了超过3倍因为存在分枝间的相互作用. 含1,3,4-噁二唑的分子比含2,1,3-苯并噻二唑的分子有更大的双光子吸收截面但是最大吸收波长却蓝移, 不在红外或近红外区域.     

2-芳基-4,5-二噻吩基咪唑类化合物的合成及光谱特性研究

2,4,5-三苯基咪唑类化合物发现具有消炎、二阶非线性光学活性、化学荧光等性能和应用.我们发现,2,4,5-三苯基咪唑类化合物的结构与具有双光子吸收性质的多分枝结构十分类似[1,2].具有双光子吸收(TPA)的有机化合物在光电材料方面有多方面的应用:如光限幅[3]、三维结构微加工[4]、三维光信息存储、频率上转换激光[5],制造用于生物学领域的双光子聚焦显微镜.我们合成了2-芳基-4,5-二噻吩基咪唑类化合物,试图将咪唑环的4,5位上的苯环换成噻吩杂环后,研究其结构变化对双光子吸收等一系列物理光谱特性的影响.     

一种具有双光子活性的新型吡啶盐的合成、表征及性质

一种具有双光子活性的新型吡啶盐的合成、表征及性质;D-π-A吡啶盐; 三阶非线性光学特性; 单晶X射线衍射; Z扫描     

新型树枝分子的宽带多光子荧光发射

用飞秒Ti∶sapphire激光研究了3个树枝分子1,2,4,5-四(4-N,N-二苯氨基苯乙烯基)苯(TPAB)、1,2,4,5-四[4-N,N-二(4-溴苯基)氨基苯乙烯基]苯(TPAB-Br)和1,2,4,5-四{4-{N,N-双{4-{4-[5-(4-叔丁基苯基)-1,3,4-噁二唑-2]苯乙烯基}苯基}氨基}苯乙烯基}苯(TPAB-OXA)的多光子吸收及上转换荧光性质.在二氯甲烷溶液中3个生色团分子TPAB,TPAB-Br和TPAB-OXA在800 nm飞秒光激发的双光子荧光发射波长分别为569,535和621 nm,在1300 nm飞秒光激发的三光子频率上转换荧光发射波长分别为566,534和610 nm,采用非线性透过率法测得在四氢呋喃(THF)溶液中TPAB,TPAB-Br和TPAB-OXA在800 nm和150fs激光激发下双光子吸收截面分别为61.86×10-50,6.19×10-50和65.98×10-50 cm4.s/photon;在1300 nm和80 fs激光激发下三光子吸收截面分别为3.88×10-79,7.76×10-79和27.17×10-79 cm6.s2.树枝分子具有很强的多光子吸收和上转换荧光发射能力,多光子荧光发射波长位于500～600 nm.     

双光子吸收表征及相关光物理机制

双光子吸收材料在高分辨生物成像、光动力学治疗和光限幅等领域备受关注。新型双光子吸收材料创制涉及非线性光学性质表征、光物理机制解析和构效关系构建。本文探讨了双光子吸收相关的光物理跃迁机制、开孔Z-扫描与双光子激发荧光方法的区别联系以及激光光源特性对双光子吸收性能测试结果的影响,最后对该领域进行展望。     

不对称二苯乙炔系列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~i~j~k,β~μ的程序;研究了不对称二苯乙炔系列衍生物的结构和非线性光学性质;计算了不对称二苯乙炔系列衍生物的UV光谱,偶极矩,β~μ,β~0,μβ,μβ~0,及激发态电荷转移;考察了分子共轭链长、给电子基团对β~μ的影响。并对上述结果在微观上给予了解释。     

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。     

吡啶星型分子的双光子上转换荧光特性

用飞秒Ti:sapphire激光测定了一种星型吡啶分子2,5-二{4-{4-[N,N-二(4-吡啶乙烯基)苯基氨基]苯乙烯基}苯基}-1,3,4-噁二唑(PyPASPO)的双光子吸收截面及上转换荧光光谱.采用非线性透过率法测得二氯甲烷和四氢呋喃溶液中的其双光子吸收截面分别为412.5 和288.8 GM. 系统研究了吡啶星形分子PyPASPO的线性吸收和透过、单光子荧光、荧光寿命及激发-发射三维荧光谱和前线轨道能级. 在800 nm和150 fs钛宝石激光器激发下PyPASPO在二氯甲烷和四氢呋喃溶液中的双光子上转换荧光发射波长分别位于571和 525 nm,在二氯甲烷溶液中单光子荧光峰位于532 nm,荧光寿命为1.24 ns. HOMO和LUMO能级分别为-5.21 eV和-2.92 eV.增大分子内电荷转移有效增强了吡啶星形分子的双光子吸收和双光子上转换荧光发射能力     

三联噻吩基查尔酮衍生物的线性光学性质和超快非线性光学响应北大核心CSCD

以α-三联噻吩甲醛为原料,与3种二氯苯乙酮发生Claisen-Schmidt缩合反应,合成了3种含有三联噻吩基的查尔酮衍生物:1-(α-三联噻吩-2-基)-3-(2,4-二氯苯基)丙烯酮(a)、1-(2,5-二氯苯基)-3-(α-三联噻吩-2-基)丙烯酮(b)和1-(3,4-二氯苯基)-3-(α-三联噻吩-2-基)丙烯酮(c)。借助核磁共振波谱仪(^(1)H NMR、^(13)C NMR)和液-质联用谱仪(LC-MS)对其结构进行了表征;采用Z-扫描技术(600 nm,180 fs)测定了3个化合物的非线性光学吸收性能;运用含时密度泛函理论(TD-DFT)方法计算了它们的极化率(α_(0))、静态第一超极化率(β_(0))、振子强度(f_(0))、跃迁能(ΔE)、基态和最主要激发态之间的偶极矩差(Δμ)、最主要激发态的主要组成、最高占据分子轨道(HOMO)和最低空分子轨道(LUMO)之间的能隙,同时测定了它们的线性光学性质。结果表明,化合物c的紫外吸收波长、荧光发射波长、热稳定性、极化率均最大;化合物a—c均存在分子内电荷转移现象,非线性吸收均为双光子吸收,化合物a、b还有五阶非线性吸收,它们均表现出超快非线性光学响应,可作非线性光学研究备选材料。     

5,12-二硫杂-7,14-二氮杂-5,7,12,14-四氢并五苯及其相关化合物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、β_u的程序.研究了不同取代基在5,12-二硫杂-7,14-二氮杂-5,7,12,14-四氢并五苯侧环取代衍生物及相关化合物的结构、光谱和二阶非线性光学性质。结果表明:侧环上取代推、拉电于基团对增大二阶光学非线性都有利;分子共平面,共轭作用强,对增大二阶光学非线性有利.     

有机共晶非线性光学材料及应用研究进展

随着二次谐波(SHG)和双光子吸收(TPA)的产生,有机非线性光学(NLO)材料近十年来在激光频率转换、生物成像、微纳加工、光限幅以及太赫兹波(THz)等领域发挥越来越重要的应用,引起了广泛兴趣.迄今为止,报道的绝大多数有机非线性光学活性材料为单一组分,它们化学合成繁琐、实验条件苛刻且难以打破单一组分固有属性的限制.而复合材料可通过共混、掺杂、共结晶等简易形式迅速地拓宽新材料种类,通过一种分子以上基于分子间非共价相互作用的有机共晶已在很大程度上朝着调节和修改分子固体的物理化学性质的方向发展.然而,目前国内外并没有关于有机共晶在非线性光学领域中的系统性总结与介绍.本综述首先介绍二阶、三阶非线性光学性能参数及其测试方法;接着,介绍共晶材料在该领域的最新研究进展,包括材料的种类、制备方法、产生光学非线性效应的机理等;其次,讨论共晶非线性光学材料潜在的应用;最后,对该领域的发展提供了一些展望,希望能为有机共晶与非线性光学领域的同行研究者们提供一定的借鉴参考.