The effect of Metal Ions/UV-irradiation on the Third-order Nonlinear Optical Properties of Pyrene and Bendiophene Derivatives

摘要

具有较大π共轭体系的有机化合物由于便于控制和易于剪裁等优点，在三阶非线性光学领域引起人们的广泛关注。目前，人们对有机化合物的三阶非线性研究主要集中在酞菁、卟啉及其衍生物上，而对芘和联噻吩的三阶非线性研究较少。本文利用1-芘甲醛和2,2’-联噻吩-5-甲醛作为共轭母体，通过对其修饰，合成了五种芘基衍生物(1、2、3、4和5)和九种联噻吩衍生物(6、7、8、9、10、11、12、13和14)，并通过核磁及高分辨质谱进行了表征，接着研究了化合物的紫外吸收光谱，紫外光照及金属离子的加入对化合物三阶非线性的影响。
　　在利用Z扫描研究芘基衍生物(1、2、3、4和5)的三阶非线性实验中发现，化合物受体部分的改变对化合物三阶非线性的影响较大：飞秒下的 Z扫描实验中，芘基腙类化合物(4和5)的三阶非线性吸收系数要比芘基查尔酮类化合物(1、2和3)的三阶非线性吸收系数略大；皮秒下的Z扫描发现，化合物2和3的三阶非线性吸收系数高于化合物4，化合物1和5在皮秒下未观察到非线性吸收现象，结果与飞秒下的Z扫描结果相反；化合物1、2、3、4和5经过紫外光照射后，化合物发生了顺反异构的转变，使得化合物的紫外光谱和三阶非线性均发生变化，其中化合物2在光照后其三阶非线性吸收系数明显降低，化合物3光照前后三阶非线性吸收系数变化不大；金属离子的加入对化合物1、2和3三阶非线性的影响较大，一些过渡金属离子如 Ag+、Cd2+等和主族金属 Na+、Al3+的加入可以降低化合物2的三阶非线性吸收系数，Cd2+，Ag+的加入可分别提高化合物1、3的三阶非线性响应，对化合物的三阶非线性起调制作用。
　　在研究皮秒下联噻吩衍生物(6、7、8、9、10、11、12、13和14)的三阶非线性实验中发现，联噻吩查尔酮类化合物(6、7和8)随着受体部分氮原子个数的增加，化合物的三阶非线性吸收系数逐渐增大。联噻吩腙类化合物(9、10、11、12、13和14)由于受吸电子基的影响，其三阶非线性响应情况较为复杂：其中含有羧基的腙类化合物(9和10)受羧基位置的影响不大，化合物均没有三阶非线性吸收现象。含有氟原子的腙类化合物(11、12、13和14)，随着氟原子个数的增加，化合物的三阶非线性吸收现象出现了从无(11)到有，从反饱和吸收(12)向饱和吸收(13)，再到反饱和吸收(14)的变化。此外，无论是联噻吩查尔酮化合物还是联噻吩腙类化合物，由于光照后化合物发生顺反异构转变，使得光照对其三阶非线性有不同影响，其中化合物7、8、12和14在光照后，化合物的三阶非线性吸收系数有所增加，化合物13光照后非线性吸收系数降低，化合物6、9、10无论光照前后均未发现非线性吸收现象；金属离子的加入对化合物6、7和8的三阶非线性影响较大，其中 Cd2+的加入可以使化合物6的三阶非线性吸收现象从无到有，Ag+的加入均可使化合物7和8的三阶非线性吸收系数大大提高，可作为很好的三阶非线性响应离子。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 引言

1.2 三阶非线性光学概述

1.2.1 三阶非线性光学原理

1.2.2 三阶非线性材料的应用

1.2.3 三阶非线性光学的测试方法

1.3 三阶非线性光学材料的研究进展

1.3.1 有机小分子非线性光学材料(a) 查尔酮类化合物

1.3.2 有机高分子非线性光学材料

1.4 芘基化合物的性质及其在非线性光学中的应用

1.5 2,2’-联噻吩化合物的性质及其在非线性光学中的应用

1.6 本课题的选题意义、目的及主要研究成果

1.6.1 本课题的选题意义、目的

1.6.2 本课题的主要研究成果

第二章 芘基衍生物三阶非线性光学性能的研究

2.1 引言

2.2 实验部分

2.2.1 实验仪器与试剂

2.2.2 芘基衍生物的合成及其表征

2.3 结果与讨论

2.3.1 芘基衍生物的紫外吸收光谱

2.3.2 芘基查尔酮类化合物的荧光性质

2.3.3 芘基衍生物在飞秒下的Z扫描实验

2.3.4 芘基衍生物在皮秒下的Z扫描实验

2.3.5 光照对芘基衍生物紫外吸收光谱的影响

2.3.6 光照对芘基衍生物三阶非线性的影响

2.3.7 金属离子对芘基查尔酮类化合物光学性能的影响

2.4 本章小结

第三章 2,2’-联噻吩衍生物三阶非线性的研究

3.1 引言

3.2 实验部分

3.2.1 实验仪器与实验试剂

3.2.2 联噻吩衍生物的合成及其表征

3.3 结果与讨论

3.3.1 2,2’-联噻吩衍生物的紫外吸收光谱

3.3.2 2.2’-联噻吩衍生物在皮秒下的Z扫描实验

3.3.3 光照对联噻吩衍生物紫外吸收光谱的影响

3.3.4 光照对联噻吩衍生物三阶非线性的影响

3.3.5 金属离子对联噻吩查尔酮类化合物光学性能的影响

3.4 本章小结

第四章 总 论

参考文献

致谢