分子平動和轉動誘導光學非線性動力學研究.pdf

1、很多年來液體中的分子運動動力學研究一直受到人們廣泛關注。分子動力學的研究對于人們了解一些物理以及化學的基本原理具有重要的作用。相比于固態(tài)和氣態(tài)，人們對液態(tài)物質在分子層面的了解相對較少。本論文將集中于液態(tài)下分子運動引起的光學非線性效應的研究。論文中采用了最近發(fā)展起來的一種基于相位物體的泵浦探測技術來研究分子運動引起的非線性效應。這種技術相比于光學外差檢測光克爾技術（OHD-OKE），優(yōu)點在于可以直接探測非線性折射的動力學響應。
　　

2、在CuPcTs/DMSO溶液的Z掃描實驗中，觀察到了非對稱的反飽和吸收（RSA）到飽和吸收（SA）的轉換過程。這種反飽和到飽和的轉換過程既不是激發(fā)態(tài)吸收的飽和引起的，也不是熱致質量傳輸效應（Soret effect）引起的。在我們看來，強的非線性吸收將導致溶質分子快速累積分子平動動能，分布不均的分子平動動能場將不可避免地引起溶質分子的遷移。我們提出了一個分子平動動能場的梯度理論來解釋這種實驗現(xiàn)象。更進一步，通過雙光束泵浦探測 Z掃描技術

3、研究了分子平動導致溶質的質量傳輸效應。通過這種方法，可以去除分子由于電子激發(fā)而引起的非線性吸收，得到“純”的質量傳輸效應。實驗曲線中的單峰清楚表明了溶質分子從光斑中心向邊緣的遷移。透過率單峰位置輕微的偏移則體現(xiàn)了分子質量傳輸?shù)睦鄯e效應。
　　通過脈沖寬度為21ps的基于相位物體（PO）的泵浦探測實驗，研究了硝基苯的折射動力學。實驗中觀察到了分子轉動引起的非線性折射效應，這種效應具有一個慢的回復過程。同時也觀察到了由電子云畸變引起的

4、瞬時的非線性折射響應。通過分子轉動的動力學模型對整個折射動力學曲線進行了很好的解釋。經(jīng)過理論的擬合得到了平行偏振時電子云畸變以及分子轉動引起的非線性折射系數(shù)分別為ne=0.1×10-18 m2/W，nr=2.0×10-18 m2/W。通過不同能量的21ps的Z掃描實驗，觀察到了分子取向引起的非線性折射飽和現(xiàn)象。更進一步，150fs脈寬的Z掃描數(shù)據(jù)表明在亞皮秒時域內硝基苯的非線性折射來自于電子超極化的貢獻，而在皮秒時域內非線性折射主要來自

5、于分子取向的貢獻。
　　通過垂直偏振以及平行偏振的PO泵浦探測實驗，研究了硝基苯及CS2的分子轉動造成的非線性折射的各向異性。更深入的研究表明分子轉動引起的非線性折射是一個三階非線性過程。從實驗上證實了在平行偏振和垂直偏振時，分子取向引起的非線性折射系數(shù)滿足關系n2≌2n21，這與理論模型符合得很好。
　　通過垂直偏振的PO泵浦探測實驗研究了五種簡單液體的折射動力學響應，觀察到了由分子轉動引起的泵浦光和探測光之間的能量的傳遞