具有激发态质子转移效应的苯并咪唑衍生物非线性光学特性研究

The compounds with excited-state proton transfer(ESPT) are one kind of organic optoelectronic material,which undergo photoinduced ESPT process and provide a great change of electronic state in the ESPT process.Their large third-order optical nonlinearity allow them to be potentially used in the optoelectronic field, such as optical control,molecular switching devices, optical limiter and etc. In recent years, the research for this kind of organic compounds becomes one focus in the nonlinear optic fields.In our project, we plan to carry out the theoretical and experimental study on their optical nonlinearity of the benzimidazole derivatives of the different molecular structure in the different time and frequency domain under the excitation of nanosecond,picosecond and femtosecond laser pulse. Based on these studies, we analyze the influence of structure change, the interaction mode of protonic donor and acceptor, and solvent environment .After the variation law is grasped, we will perform the investigation on the effective regulation of the magnitude of the optical nonlinearity. This research may provide the effective approach for the sake of the pursuit of the optical-nonlinearity-controled organic materials.Through this investigation from the project, it is expected that we endeavour to form our research characteristics in the nonlinear optical field.

质子转移化合物是一种能够产生激发态质子转移和电子态能够发生很大变化的有机光电材料，由于具有较大的三阶光学非线性，它们在光控制，分子开关和光限幅方面有着重要的应用价值。近些年来，对它们的研究成为国际上的研究热点课题之一。本项目中，将开展不同分子结构的苯并咪唑衍生物激发态质子转移非线性光学特性的理论和实验研究，使用不同脉冲宽度及不同频率的激光来获得苯并咪唑衍生物在纳秒、皮秒以及飞秒时域和从可见到红外不同频域下的非线性光学特性，并以此为基础，分析结构变化、供体和受体间相互作用方式以及溶剂环境对光学非线性的影响，并在获得其变化规律后，开展对此类质子转移衍生物的光学非线性幅度有效调控研究，为寻找用于控制光学非线性的分子材料提供了有效途径。我们希望通过该项目研究工作，争取能够在国际上形成自己的研究特色。

质子转移化合物是一种能够产生激发态质子转移和电子态能够发生很大变化的有机光电材料，由于具有较大的三阶光学非线性，它们在光控制，分子开关和光限幅方面有着重要的应用价值。本项目中，开展了不同分子结构的苯并咪唑衍生物激发态质子转移非线性光学特性的理论和实验研究。使用不同脉冲宽度及不同频率的激光来获得苯并咪唑衍生物从可见到红外不同频域下的非线性光学特性，并以此为基础，分析结构变化、供体和受体间相互作用方式以及溶剂环境对光学非线性的影响。在研究过程中发取得如下重要结果：1.基于超短激光激发下激发态质子转移过程中粒子数布居密度的变化，建立速率方程，通过数值求解得到苯并咪唑衍生物的双光子吸截面。2. 溶剂的极性和结构变化对于光学非线性的幅度影响较大，随着溶剂极性的增大，其苯并咪唑衍生物的光学非线性的幅度增加，这归因于苯并咪唑衍生物在极性溶剂中的构象变化。3.羟基化的富勒烯材料能够使苯并咪唑衍生物通过分子间氢键实现分子自组装，使得苯并咪唑衍生物的光学非线性幅度大大增加，而且不同结构的苯并咪唑的衍生物光学非线性表现方式和增强的幅度也不同，其中以HBI增强效应做显著，苯并咪唑衍生物增光学非线性强效应主要归因于苯并咪唑衍生物的共轭π键堆积效应。4.不同脉冲宽度下苯并咪唑衍生物的光学非线性幅度也不同，这可能是由于超短断脉冲与苯并咪唑衍生物作用时间和质子转移的速率不同引起的。此外，还开展了长链共轭聚合物分子光学非线性的探索研究，发现其具有优异的光学非线性性能，这些研究结果能够为光学非线性的调控提供有效的途径。