非线性光学是非线性物理学、现代光学的重要分支,其在激光技术、光通信、信息存储等诸多方面都有着广泛的应用前景,非线性光学的发展具有重大的应用价值和深远的科学意义。手性荧光分子往往显示出圆二色性和圆偏振荧光行为,这使得这类分子在3D信息存储、全光调制等方面具有很大的应用价值。因此,设计、合成具有优良非线性光学行为和手性光学行为的有机分子在诸多领域均具有重要应用前景。本课题将Z扫描、多光子荧光法和飞秒瞬态吸收光谱相结合,研究了蓝、绿和红光分子的非线性光学特性(双光子、三光子、四光子吸收),分析了分子在不同极性溶剂中的多光子吸收截面、激发态吸收行为以及系间跃迁行为,讨论了这些分子在荧光成像、光限幅、光动力治疗等方面的应用。具体的研究内容包括:(1)我们设计、合成了一系列蓝光苯乙炔分子,并研究了它们的双光子、三光子和四光子吸收行为。这类分子的多光子吸收截面是目前已知的最大值之一。此外,这类分子具有高效的系间跃迁行为。我们成功将该类分子应用在多光子荧光成像和光动力治疗方面。此外,我们利用天然氨基酸修饰了这类分子使其具有手性光学行为。(2)我们研究了商用绿光染料——3-氨基邻苯二甲酸小分子的双光子吸收行为。这类分子虽然双光子吸收比较小,但是具有很高的荧光量子产率、较长的荧光寿命和高效的系间窜越效率。我们成功将该分子用于双光子荧光寿命成像和光动力学治疗方面的应用。(3)我们合成了一类在高极性溶剂中具有明亮红光发射的苯乙烯分子。这类分子具有优良的双光子、三光子吸收行为,其在光限幅、荧光成像方面具有潜在应用价值。