金屬酞菁的光學特性研究.pdf

1、近年來，傳統(tǒng)意義上的染料，因為它們特殊的光、電、磁等性質在高新技術領域得到廣泛的應用，成為“功能性染料”而獲得迅速發(fā)展。在已知的“功能性染料”中，酞菁以其獨特的物理、化學性能而備受矚目。其中，金屬酞菁作為一種很有發(fā)展前途的有機非線性光學材料，特別引起了人們濃厚的研究興趣。本文主要利用單光束縱向Z掃描技術,對幾種金屬酞菁化合物進行了非線性光學吸收特性和光限幅特性的實驗和理論研究。全文的主要研究內(nèi)容、結論與創(chuàng)新性如下： （1）介紹了

2、非線性光學性質測量的Z掃描技術。詳細分析了Z掃描技術的原理和Z掃描技術的理論計算過程，討論了Z掃描測量的影響因素，為全文的實驗研究提供了理論依據(jù)。 （2）對兩種金屬酞菁的電子結構和電子光譜用量子化學的方法進行了研究。以量子化學計算軟件Hyperchem為工具，用PM3 半經(jīng)驗方法和ZINDO/S 方法計算研究了銅酞菁和鈷酞菁的電子結構和電子光譜，并定性的歸納總結了總電子數(shù)為奇數(shù)的這類金屬酞菁的可見最大吸收峰(λmax) 與分子結

3、構的關系。研究結果表明：在優(yōu)化的分子幾何構型基礎上計算得到的電子光譜與實驗值很吻合；并且λmax 與OWFπ-π (π-π重疊加權因子，表征分子共軛程度大小)之間存在很好的線性關系。這為尋找分子結構對材料光學性能的影響規(guī)律，合成新型非線性光學材料提供了理論依據(jù)。 （3）對金屬酞菁溶液進行了非線性光學吸收特性和光限幅特性的實驗和理論研究。首先采用單光束縱向Z 掃描技術用飛秒振蕩級激光研究了銅酞菁溶液的非線性光學吸收特性，詳細

4、討論了入射激光功率對非線性吸收的影響和溶液濃度對非線性吸收的影響。研究結果表明，銅酞菁溶液總體表現(xiàn)出反飽和吸收（RSA）效應，這主要是由材料的三光子吸收（3PA）引起；并且在銅酞菁溶液濃度較低時，隨著入射激光功率增大，樣品溶液的RSA 效應越強，而對于濃度比較大的銅酞菁溶液，隨著入射激光功率增大，樣品溶液的RSA 效應越強，但入射激光功率增大到一定程度，樣品溶液出現(xiàn)“光褪色”現(xiàn)象，RSA 效應趨于飽和，并開始減弱。然后用1064 nm

5、Nd：YAG 連續(xù)激光研究了銅酞菁溶液和多氯代銅酞菁溶液的光限幅特性，根據(jù)穩(wěn)態(tài)的速率方程理論分析表明，銅酞菁溶液和多氯代銅酞菁溶液的光限幅效應主要是由材料的三重激發(fā)態(tài)吸收引起的RSA 造成的。 （4）對金屬酞菁薄膜進行了非線性光學吸收特性和光限幅特性的實驗和理論研究。采用單光束縱向Z 掃描技術用800nm 飛秒放大級激光研究了銅酞菁薄膜的非線性光學吸收特性以及光限幅特性。在開孔的Z 掃描實驗中，觀察到了SA 向RSA轉變的現(xiàn)象。

6、理論上提出了飛秒超短超快脈沖作用有機分子的有效四能級模型，并從動態(tài)速率方程理論出發(fā)，分析討論了此種條件下產(chǎn)生非線性光學吸收特性的物理機制，而且提出了SA 與RSA 相互轉化的閾值光強理論。研究結果表明，當入射光強達到轉變的閾值光強時，由于CuPc 分子的高階激發(fā)態(tài)發(fā)揮作用，使樣品中的五階非線性效應增強，導致了SA 向RSA的轉變。同時該研究也表明，銅酞菁薄膜有較大的五階非線性吸收系數(shù)β(5)（0.24×10-21 cm3/W2），對80