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摘要随着以光子学为中心的信息时代的到来,具有特殊信息处理功能和超快响应的光电材料成为未来信息材料发展的主体。由于在激光,通信,武器,医药器械,核聚变和光计算机等领域有着广泛而重要的应用,非线性光学材料研究已经持续多年是光学,新功能材料领域的热点课题。分子非线性光学,是一门新兴学科,其主要目的之一就是识别分子中对于二阶和三阶光学非线性起重要作用的电子结构,有效指导化学合成工作。量子化学方法正是实现这一目标的有力工具之一。目前已发展了多种计算分子非线性极化率的量子化学计算方法。偶氮类化合物是一类重要的有机三阶非线性光学材料。分子内部发生的电荷转移将导致分子三阶非线性极化率的增大。我们用Ⅱ电子密度较大并有相等孔电子数的杂环呋哺、吡咯、噻吩分别取代偶氮苯分子中的苯环,并且考虑了双杂环取代和单杂坏取代以及取代基位置的影响,设计出了十五个分子。分子的初始构型,对分子的非线性极化率影响较小,基组的选择对分子的非线性极化率影响较大,添加极化和弥散函数是必需的。我们用缴系某跏加呕剐秃投灾卦雍颓庠犹砑蛹ɑ兔稚⒑琍椋肏椒ḿ扑懔怂堑姆窍咝约ɑ省⒎肿庸剐汀⒌サ隳芎偷绾分布,研究了大的丌电子密度杂环取代对分子非线性极化率的影响。得到的十五个分子中,两个分子三阶非线性极化率大于偶氮苯,其它的分子的三阶非线性极化率都小于偶氮苯,这说明兀电子密度的大的杂环取代并非一定能提高分子的三阶非线性极化率。无论是双环取代还是单环取代,噻吩取代后的分子始终具有最大的三阶非线性极化率,且稳定性强,噻吩可以作为一种很好的取代基材料。取代基位置对分子的非线性极化率有影响,噻吩取代时,取代位置对非线性极化率影响较大,不同位置相差可以达到%ァ杂原子隨属于同一周期,呋喃与噻吩却表现出了非常大的差异。同时我们还用吡啶取代,得到了两个分子,计算了它们的三阶非线性极化率。共轭体系中引入吸电子基和供电子基,形成如一靠或狣—任┨逑可以增强分子内部电荷转移程度,减小电子由基态到激发念的跃迁能,增大电子跃迁偶极矩,从而提高分子的非线性光学系数。因此我们认为如果在多Ⅱ杂环取代的分子两端
一引入推拉电子基,有可能增强Ⅱ电子密度对取代后分子非线性极化率的影响,进一步得到非线性系数更大的分子。关键字:分子设计,量子化学,Ⅱ电子密度,非线性极化率
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目录摘要⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯..第一章引言⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯非线性光学⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。分子设计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯第二章非线性光学理论⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯.非线性光学经典理论⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。非线性光学极化率的微扰理论⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯非线性光学理论简化模型⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯第三章非线性极化率的量子化学计算与测量方法⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。量子化学计算方法⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯非线性极化率的量子化学计算方法⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯.蠛蚐方法⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯.,,ā⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯基组效应⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯分子构型影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯非线性极化率的测量方法⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯第四章多ɑ啡〈耘嫉1椒肿臃窍咝约ɑ视跋煅芯俊录⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯..刖樗惴ā⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯.⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯..
理论⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯.计算方法⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。结果与讨论⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯.;啡〈⋯...サ隳堋第五章多踊返セ啡〈嫉1椒肿佣苑窍咝约ɑ实挠跋臁引言⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯理论基础⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯