有机非线性光学材料的从头算研究

《有机非线性光学材料的从头算研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、武汉科技大学硕士学位论文第1页摘要非线性光学研究物质与强光之问的相互作用，它是随着激光器的诞生而迅速发展起来的一门新兴学科。它作为现代光学的一个重要分支，越来越受到人们的广泛关注。近几十年来，非线性光学在现代激光技术、光学通讯、数据储存、光信息处理等方面显示出诱人的应用前景，使得寻找非线性光学特性强而响应速度极快的新型材料成为这一领域的主要课题之一。由于有机分子非线性光学材料具有大的非线性光学系数，宽的响应波段、良好的柔韧性、高的光损伤阈值和较低成本，以及易于合成、可以进行裁减和修饰等特点而备受重视。本论文主要是基于从头计算的量子化学

2、理论，利用密度矩阵计算方法，研究有机材料(尿素晶体和NMBA晶体)的线性和非线性光学性质，计算模拟了全频范围内的介电函数谱和倍频系数谱，并结合电子能带结构和吸收谱特征峰研究线性和非线性极化的微观机制。下面简要介绍本论文研究的主要内容。尿素晶体是得到实际应用的极少数有机非线性光学晶体之一，也是结构最简单的有机非线性光学晶体之一，研究其非线性光学产生的微观机理有着重要的意义。采用基于从头算理论的全电子势投影缀加波(FPⅣ州)方法对尿素晶体的电子能带结构进行了研究，研究显示其C、N、O的2p态发生明显杂化，尿素晶体的羰基结构由于其C原子对导

3、带底的重要贡献及。原子对价带顶的贡献，从而对尿素晶体的线性和非线性光学性质起重要作用。理论计算的介电常数、折射率及倍频系数与实验值符合甚佳。倍频系数的计算表明其全部来源于虚电子过程的贡献，虚空穴过程对其贡献几乎为零。NMBA晶体是具有较大的二阶非线性极化率的有机晶体之一，其分子结构是近年来人们备受关注的具有“D一7【一A”的Ⅱ共轭结构。论文首次采用从头算方法对其进行了理论研究。发现NMBA是典型的半导体有机材料，其能带平缓，硝基中的N、O的2p态对导带底有较大贡献，因而对线性和非线性光学性质的贡献较大。电荷密度研究显示电荷从给电子基C

4、H3向受电子基N02转移明显，两苯环在其中充当很好的中介，并且分子间存在几个重要的氢键作用C(1)一H(1)⋯o(1)，C(7)一H(7)⋯00)和C(14)一H(14C)⋯0(2)，分子间氢键的作用有利于分子间形成“给一受”相连的结构，从而提高倍频系数。NMBA晶体各向异性性质明显，介电函数沿X方向的吸收谱的峰值远大于Y、Z方向上各吸收谱的峰值，其在零频极限下，沿X、Y、Z方向的介电常数分别为：3．46、2．68、2．41；在所有倍频系数矩阵元中，石。(缈)的吸收谱各峰值最大，其静态极限下的值为：23．30pm／V，与尿素晶体不同，

5、虚空穴过程对倍频系数石．(缈)的贡献约为30％。关键词：电子结构；态密度；光学性质；二阶非线性极化率；密度泛函理论AbstractNonlinearopticsisasubjecttostudytheinteractionofintenselaserwithmatter,anditisarapidlydevelopedsubjectafterthebirthofthelaser．Astheimportantembranchmentofthefieldofmodernoptics，nonlinearopticsiSattractingp

6、eople’Sextensiveattention．Ithasbecomeailimportantprojecttofindnewnonlinearopticalmaterialswithstrongnonlinearopticalpropertiesandquickresponseduetotheirattractiveapplications，forinstance，inmodemlasertechnology,opticalcommunication，datastorage，opticalinformationprocessin

7、g．andotherfields．Muchemphasishasbeenputoutfororganicnonlinearopticalmaterialsbecausetheyhavemanyadvantages，suchaslargenonlinearopticalcoeffieient，wideresponsewaveband，goodflexibility,highopticaldamagethreshold，lowcost，andeasycombinationandmodification．Thethesishasstudie

8、dthelinearandnonlinearopticalpropertiesoforganicmaterials；weevaluatethedielectricfunctionandthesecond-harmonic