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非线性光学材料在荧光显微成像、频率上转换器、光限幅和三维光存储等领域有着巨大的应用前景,成为了现代光学学科的研究热点。近年来关于光敏剂的非线性光学特性研究倍受关注。本论文对新型二氢卟吩类光敏剂的三阶非线性光学特性进行了研究。主要研究内容及结果如下:
(1)研究了光敏剂CPD8的非线性光学特性。得到了CPD8在四氢呋喃溶液和二甲基亚砜溶液中的三阶非线性极化率xR<(3)>分别为2.51×10<-21>(m<2>/v<2>)、5.86x10<-21>(m<2>/v<2>)。由于CPD8在1064nm处非线性吸收截面极小,表明该类光敏剂的非线性效应产生于基态分子的三阶非线性极化。
(2)研究了新型二氢卟吩类光敏剂BCPD1、BCPD2、BCPD3、BCPD4的双光子吸收特性。得到了在800nm波长的双光子吸收截面,分别为:45.7×10<-22>cm<4>.GW<-1>、42.4×10<-22>cm<4>.GW<-1>、47.9×10<-22>cm<4>·GW<-1>和40.2×10<-22>cm<4>·GW<-1>。结果表明,二氢卟吩类光敏剂BCPD1、BCPD2、BCPD3、BCPD4与其他光敏剂相比(如CPD1吸收截面为13.6×10<-22>cm<4>·GW<-1>),具有更大的吸收截面。这主要归结于该光敏分子具有刚性的大Ⅱ平面共轭结构和丰富的离域π电子体系,双光子吸收的虚能级附近存在一个宽而强的实能级(Q吸收带),符合共振激发条件。
(3)分别用单光子和双光子激发,研究了BCPD1、BCPD2、BCPD3、BCPD4的单光子、双光子荧光光谱和荧光寿命。结果显示,上述光敏分子的单、双光子荧光光谱分布相同,荧光寿命也相同,均在纳秒量级。表明单、双光子激发发射荧光态具有相同的物理驰豫过程。
以上研究表明,光敏分子BCPD1、BCPD2、BCPD3、BCPD4具有大的双光子吸收截面和短的荧光寿命以及可用长波红光区域的光激发而发射荧光的性质,因此新型二氢卟吩光敏剂有可能开发成为双光子荧光探针,用于双光子荧光成像技术。本论文的研究结果为此类分子的应用提供理论基础和实验依据。