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第31卷第3期济宁学院学报201O年6月
VoI．31No．3JournalofJiningUniversityJun．2010

文章编号：1004-1877《2010)O3—0o37—o4

卟啉及酞菁三阶非线性光学性质的研究进展

盛宁
(济宁学院化学与化工系，山东曲阜273155)

摘要：评述了卟啉及酞菁化合物的结构及其在三阶非线性光学性质方面的研究进展。
关键词：卟啉；酞菁；三阶非线性
中图分类号：O641文献标识码：A

卟啉是卟吩外环带有取代基的同系物和衍生物的总时间，具有良好的化学稳定性和热稳定性，所以是很有发
称，该类化合物的共同结构是卟吩核。卟吩(图1A)是包展前途的有机非线性光学材料。
含由18个原子、l8个电子组成的大叮r体系的平面性分
子，具有芳香性。酞菁是由四个异吲哚单元组成的平面共1非线性光学NLO概述
轭大环体系(图1B)，与天然存在的化合物卟啉十分类似，

将卟啉的母核卟吩四个meso位(5，10，15，20)上的碳原通过光与物质相互作用，可以获取分子结构及其内部
子换成氮原子，并在周边位置并上四个苯环，就构成了酞能量交换的动力学信息，从而解决很多没有被认知的物理
菁，所以酞菁有时也被称为四苯并氮杂卟啉。与卟啉一和化学现象。在线性光学范畴内，光在介质内的传播是相
样，酞菁由于其特有的18电子共轭大环体系符合休特尔互独立的，不同的光波可以通过光波的交叉区域继续独立
规则而具有芳香性。传播，而不受其它光波的影响；并且不同频率的入射光通
过介质时不发生频率改变；介质的光学参数如折射率、吸
收系数等所表现出来的光学效应如反射、折射、双折射等
都与入射光强无关。但是，自从上个世纪六十年代激光的
静：§问世J，人们发现在光与物质相互作用的时候，通过非线
性的效应引起了各种新现象：两束光在通过交叉区域后，
图1：卟吩(A)和酞菁(B)的分子结构能量会发生传递，光通过介质后会产生其它频率的光，吸
卟啉、酞菁分子都属于大环化合物，环内是一个空穴，收系数等也是入射光能量的函数等。非线性光学是与通
空穴可以容纳铁、铜、钴、铝、镍、钙、钠、镁、锌等多种金属常的线性光学相对应的。人们最早发现非线性光学效应
元素。大环的空穴中心与金属配位后，金属离子的性质对是在1961年，Franken等人将红宝石激光发出的波长为
大环配体的结构和物化性能也有很大影响。概括的来说，694．2nm的激光入射到石英上，结果产生了一条波长为
卟啉、酞菁分子都具有以下几个特点：(1)具有特殊的二347．1nm的新谱线j，即产生光的频率是入射频率的二
维共轭订一电子结构；(2)对光、热有较高的稳定性；(3)倍，这就是所谓的光倍频现象。
分子结构具有多样性，易裁剪性，分子可以衍生出多种多当一个光电场入射到介质体系中时，由于体系是由大
样的取代配体，可以依据合成目标对配体进行设计、裁剪量的多电荷粒子，如离子、电子、原子等构成的，它们在外
和组装；(4)配位能力很强，它几乎可以和元素周期表中光电场的作用下会发生位移，这就在介质中产生了感应的
所有的金属元素发生配位，形成配合物。电极化强度。对于线性光学电极化强度P与人射光电场
卟啉酞菁类化合物由于具有独特的电子结构和光电E呈线性关系
性能，并且具有良好的光和热稳定性以及易于裁剪修饰等P(r，t)=8x‘。E(r，t)
特点，所以在高科技材料领域具有很大的应用潜力。该类其中，e是真空介电常数，x【】是介质的线性极化率。
化合物还具有较大的光学非线性系数和很短的光电响应而对于非线性光学，当强光(如激光)照射介质时，介质分

收稿日期：20o9一l2—03
作者简介：盛宁(1981一)，女，山东济宁人，济宁学院化学与化工系讲师，博士，研究方向：配位化学。

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子的极化不再与外加电场成线性关系，而是按泰勒级数展线性吸收己经被应用于全光开关、全光调制器和光限制等
开：光子学器件的研究中。材料的折射率随着入射光的强度
P=aE+母EE+EEE+⋯(1)而变化，称为光致非线性折射现象，来源于三阶非线性效
相应介质的电极化表示为：应。例如光克尔效应、光束自聚焦、自散焦等都是由光致
P=x¨’E+xEE+x’EEE+⋯(2)折射率引起的。
P、P分别表示分子、介质的电极化强度，和x’分用于测量三阶非线性的技术有很多【9。J。常用的有：
别是分子、介质的线性光学系数，、分别为分子二、三阶电场诱导二次谐实波产生(EFISH)，三阶谐波产生
非线性光学系数或三、四阶张量，x’(n≥2)为介质非线(THG)，简并四波混频(DFWM)，光科尔门(OKG)，Z一扫
性极化率，或n+1阶张量，E为电场强度。x’为三阶张描技术。
量，只有当材料呈非中心对称时才不全为零，即材料在宏
观上要求非中心对称。卟吩分子中心对称，但其5