传统的光学是研究弱光束在介质中的传播规律的科学,而随着激光器的诞生以及激光技术突飞猛进的发展,非线性光学逐渐成为现代光学的一个重要分支,它主要研究物质与强光之间的相互作用。与此同时,非线性光学(NLO)材料在激光的倍频、混频、参量放大与振荡、集成光学、光学通讯等方面显示出诱人的应用前景,使得寻找非线性光学性质好而响应速度极快的新型材料成为科研工作者研究的热点。早期非线性光学材料的研究主要集中于无机晶体材料,这类材料的综合物理化学性能较好,如易生长大尺寸单晶,化学稳定性高,光学均匀好,可相位匹配等。但无机材料的极化是晶格畸变造成的,响应时间长,且非线性光学系数不够高,所以目前实际应用的无机非线性光学晶体并不多。有机及高分子非线性材料的非线性光学响应来源于离域π电子共轭体系在光场作用下的极化,因而材料响应快,非线性光学系数较高,并且有机物的结构多变,可根据需要进行分子设计,定制具有特定功能的分子结构。与无机材料相比,有机非线性光学材料具有非线性系数高、光响应时间短、介电常数小、容易设计和加工等特征,使得研究和制备新型有机非线性光学材料成为材料科学的一项重要目标。近年来有机材料的发展较快,已形成“分子非线性光学”的分支学科。有机二阶非线性光学材料具有非线性光学系数高、可以进行分子裁剪等无机材料不可比拟的优点,成为目前具有实际应用价值的高效能非线性光学材料的突破口。有机二阶非线性光学材料分子一般由电子给体、电子受体及连接二者的共轭π电子桥组成,二阶非线性光学系数的改善主要通过提高电子给体的给电子能力和电子受体的吸电子能力、改变共轭桥的性能等方法来实现。所以,本文选取含有Schiff基团的有机杂环分子,对其二阶NLO性质进行计算与分析,得出如下结论:1.采用密度泛函理论(DFT) B3LYP/6-31G*方法优化了一系列含有噻唑生色团的Y-型Schiff碱有机杂环分子的几何构型,在此基础上结合有限场(FF)和含时密度泛函理论(TD-DFT)方法对分子的NLO活性和电子光谱进行计算分析。结果表明,这些分子具有A-π-D-π-A结构,分子基态偶极矩、极化率和二阶NLO系数(β)随支链共轭桥的增长及生色团共轭效应的增大而增大。同时,该系列有机杂环分子的二阶极化率总的有效值(βtot)值与其前线分子轨道能级相关,分子的前线分子轨道能级差越小,βtot值越大。2.采用密度泛函理论(DFT) BHandHLYP/6-31G*方法,对三类含有六元碳环的Λ-型Schiff基分子的几何构型进行优化。在优化结构的基础上,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研究。结果表明,拐点环己烷的构象不同时,分子电荷分布,偶极矩,极化率,二阶NLO系数和电子吸收光谱等变化很小。以苯环为拐点片段的分子有所不同,当支链取代基R增大时,以苯环为拐点片段分子的极化率和二阶NLO系数增加更明显。