三明治型金属酞菁配合物的光学非线性特性研究

摘要

随着对非线性光学研究的不断深入，寻找非线性效应强、响应速度快的材料成为非线性光学领域中一项重要的研究内容。在过去几十年的研究中，我们已然看到功能性新材料在军事、科技、医疗等各个领域的应用。有机材料因其良好的光、电、磁特性而备受研究者的关注，其中，酞菁由于具有固有的共轭大环体系间强烈的π-π电子结构、对光和热的高稳定性及分子结构的多样性，使之成为一种极为重要的新型有机分子材料。因此，对酞菁及其衍生物的非线性光学特性进行表征并评估它们的实际应用价值，对于这一领域的工作开展至关重要。本论文的主要创新点包括两部分，第一，表征了对称的二层三明治型金属酞菁配合物及其氧化产物、还原产物的非线性光学特性，结果表明，氧化还原反应改变了金属酞菁配合物的三阶非线性光学性质。第二，表征了一系列非对称的二层三明治型金属酞菁配合物的非线性吸收特性，发现具有高度离域π-电子系统结构的材料能有效提高材料的双光子吸收截面。本论文的主要研究工作如下:
　　1.简要介绍了酞菁化合物的基本特性以及它们在非线性光学领域的发展现状。系统说明了三阶非线性光学效应的基本理论，并详细介绍了利用Z-扫描的方法进行三阶光学非线性测量的基本原理与实验方法。搭建了一套Z-扫描自动测试系统，并以标样CdS和石英为例，具体介绍如何通过Z-扫描技术表征材料的三阶非线性光学特性。
　　2.开展了对称的二层三明治型金属酞菁配合物在800 nm飞秒激光激发下的三阶非线性光学效应研究，以及材料的非线性透过率与入射功率之间的关系研究。首先通过闭孔Z-扫描技术和开孔Z-扫描技术分别测量了金属酞菁配合物Pr(OOPc)2及其氧化态、还原态配合物[Pr(OOPc)2]+、[Pr(OOPc)2]-的三阶非线性折射系数和三阶非线性吸收系数，结果表明氧化还原反应改变了金属酞菁配合物的三阶非线性光学性质。我们通过实验结果结合材料的光谱特性对氧化还原反应改变配合物非线性光学特性的机理进行了深入分析。最后，我们对这三种配合物的光强-非线性透过率关系进行了实验研究，发现它们在光限幅器、全光开关、饱和吸收器等方面具有应用价值。
　　3.开展了一系列非对称的二层三明治型稀土金属酞菁配合物的非线性吸收效应和光限幅效应研究。首先通过飞秒Z-扫描技术表征了一系列非对称的二层三明治型金属酞菁配合物Yb(Pc)(OOPc)、Y(Pc)(OOPc)、Er(Pc)(OOPc)和Ho(Pc)(OOPc)三阶非线性吸收特性，详细介绍了这四种配合物的开孔Z-扫描实验结果，系统分析了材料的分子结构对金属酞菁配合物光学非线性特性的影响，发现具有高度离域π-电子系统结构的材料（如D-π-A结构材料）能有效提高材料的双光子吸收截面。我们还发现这四种金属酞菁配合物均具有很好的光限幅特性。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 非线性光学概述

1．3 酞菁化合物简介

1．4 酞菁化合物的光学非线性研究现状

1．5 本文的主要研究内容

第二章 三阶非线性光学效应和Z-扫描表征技术

2．1 三阶非线性光学原理

2．1．1 三阶非线性折射

2．1．2 三阶非线性吸收

2．2 Z-扫描表征技术

2．2．1 Z-扫描基本原理

2．2．2 只考虑非线性折射时的闭孔Z-扫描理论

2．2．3 开孔Z-扫描理论

2．3 本章小结

第三章 通过氧化还原反应调控金属酞菁配合物的Pr(OOPc)2的光学非线性效应

3．1 前言

3．2 实验部分

3．2．1 金属酞菁配合物Pr(OOPc)2的合成

3．2．2 红外光谱

3．2．3 线性吸收谱

3．2．4 非线性表征技术

3．3 结果分析

3．4 本章小结

第四章 非对称型金属酞菁配合物M(Pr)(OOPc)的光学非线性特性研究

4．1 前言

4．2 实验部分

4．2．1 非对称型金属酞菁配合物M(Pc)(OOPc)的合成

4．2．2 线性吸收谱

4．2．3 非线性表征技术

4．3 结果分析

4．4 本章小结

第五章 总结与展望

致谢

参考文献

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