近年来,双光子聚合反应的光化学和物理过程正引起国内外学者的高度重视,其潜在的应用前景诸如光限幅、双光子上转换激射、双光子荧光显微术、三维光存储以及三维微加工正成为材料领域研究的热点。这些应用主要依赖于双光子吸收强度与入射光强度的平方成正比,在紧聚焦的情况下,吸收仅限于入射光波长的立方（λ³）的微小体积内。这些特征使基于双光子吸收的聚合反应成为制造具有三维空间选择性的光子晶体、微机械、零域值激光器以及多通道光波导的有效工具。 对于自由基引发的双光子聚合反应,聚合速率与引发聚合反应的激光能量域值以及引发剂分子的吸收行为有关,其激发波长一般为单光子吸收波长的两倍。虽然双光子聚合技术利用传统的紫外光引发剂引发聚合树脂在三维微加工方面得到了初步的展示,但由于引发剂分子的双光子吸收截面δ比较小(一般地,δ≤10×10^-50cm⁴ s/photon),因此聚合系统显示出较低的光敏度。目前,双光子聚合反应的聚合机理以及引发剂分子的结构和性质的关系尚不清楚,因此有效的引发剂分子并不多见。基于此,Albota和Reinhardt等人提出利用增大双光子吸收截面的方法来提高引发剂分子的光敏度。即,增加共轭链的长度、提高电子给体和电子受体的强度和提高π共轭中心母体的平面性来增大分子的双光子吸收截面。根据这个设计方法,一批带有大共轭电荷转移体系的引发剂分子被合成出来。量化计算表明,增加带有同一结构基元分子的维度有利于提高分子的双光子吸收截面,最近报道的实验结果也证明了这一点。 本文在D-π-D,D-π-A,D-π-D-π-D和A-π-D-π-A结构框架下,设计合成了二十余个新的引发剂分子,并系统地研究了其线性和非线性光学性质,总结了一些规律。实验证明,这些化合物分子都是较好的双光子吸收材料和有效的双光子引发剂,其引发聚合反应的激发波长覆盖从600到830nm,相应的双光子荧光范围从蓝紫光到黄光范围。通过量化计算得到了分子在气相时电荷转移态的电荷密度转移图,有效地解释了其聚合机理,结论和Cumpston等人的理论相吻合。