激子性质对准二维钙钛矿材料的发光机理具有决定性影响。测量激子-声子耦合强度和激子结合能是研究准二维钙钛矿材料激子特性的有力手段, 可以为揭示其内部光发射机制和进一步提高荧光量子产率提供关键的科学依据。将变光强荧光测试系统和液氮恒温装置相结合, 利用 LABVIEW 程序进行系统控制, 搭建了一套光强可调的变温荧光测试系统, 并以准二维钙钛矿薄膜样品为研究对象, 开展了对准二维钙钛矿的激子及其发光性质的研究。研究结果表明: 随着准二维钙钛矿材料 n 值的增加, 激子-纵向光学声子耦合强度和激子结合能均逐渐降低。此外, 利用该测试系统进行了室温下变光强荧光测量, 探究了准二维钙钛矿薄膜的光学增益, 得到其放大的自发辐射阈值为 3.2 μJ/cm2。

激发态质子转移是光物理学、 光化学和光生物过程中最基本的化学反应之一。 激发态分子内质子转移(excited-state intramolecular proton transfer, ESIPT)通常是指有机分子受到激发, 到达激发态后, 质子在激发态势能面上从质子供体基团转移到质子受体基团并形成含有分子内氢键多元环的过程, 一般发生在亚皮秒量级。 质子转移可应用于有机发光二极管、 荧光探针等领域。 茜素, 即1,2-二羟基蒽醌, 可从茜草根部提取, 具有与醌类衍生物相似的结构, 常用于染料、 染色剂和药物等。 近年来, 发现茜素分子具有质子转移特性, 可用来制备新型“绿色”染料敏化电池。 利用稳态吸收、 稳态荧光和飞秒瞬态吸收光谱技术以及第一性原理理论计算对溶于乙醇溶液的茜素分子的质子转移过程进行了研究和分析。 稳态吸收和稳态荧光研究结果表明: 在基态时, 茜素分子的正常构型9,10-酮处于稳定状态, 容易发生跃迁; 在激发态时, 茜素分子的互变异构体构型1,10-酮处于稳定状态, 容易产生荧光发射。 飞秒瞬态吸收光谱测量使用的激光的激发波长为370 nm。 测得的瞬态吸收光谱在430 nm附近存在茜素的基态漂白信号。 通过使用全局拟合方法对瞬态吸收光谱进行分析研究发现: 茜素正常构型9,10-酮的激发态分子内质子转移时间为110.5 fs, 茜素互变异构体构型1,10-酮分子内振动弛豫时间为30.7 ps, 茜素互变异构体构型1,10-酮荧光寿命为131.7 ps。 通过使用单波长动力学拟合的方法对瞬态吸收光谱进行分析发现: 发生质子转移的时间尺度与运用全局拟合方法得出的结果基本一致; 茜素分子的正常构型9,10-酮分子在110.5 fs的时间尺度内处于快速减少的趋势, 而茜素分子的互变异构体构型1,10-酮分子在这一时间尺度内处于快速上升的趋势。 当延迟时间增大时, 茜素分子的互变异构体构型1,10-酮分子又呈现缓慢衰减的趋势。

单线态分裂可以规避光电转换中的能量损失, 从而提高光电转换效率。利用飞秒时间分辨瞬态吸收光谱技术研究了在不同激发条件下溶于甲苯溶液的红荧烯类似物 C38H24S2 的激发态动力学过程。在 550 nm 和 365 nm 光激发下, 激发单线态与基态分子发生碰撞, 分别在 8.2 ps 和 3 ps 时产生了关联的三线态激子对。但在 550 nm 光激发下未观察到独立的三线态激子信号; 而在 365 nm 光激发下, 关联的三线态激子对的诱导吸收信号发生了转移, 在探测波长 550 nm 附近观察到独立的三线态激子的吸收。在 460 nm 光激发下, 利用奇异值分解的方法在瞬态吸收光谱中观察到了单线态分裂过程。

基于迈克耳孙干涉仪的原理,采用共线自相关的测量方法,同时对强度自相关和二维电场自相关进行测量。对强度自相关的测量数据进行高斯拟合,得到所测脉冲时域内光强的半峰全宽约为96.2 fs;由CMOS图像传感芯片所测得的二维电场自相关中干涉条纹的分布情况,可以得到脉冲光斑波前相位的倾斜信息;通过对干涉条纹随时间延迟变化的漂移以及持续时间,采用傅里叶级数拟合分析手段,在延迟位移平台精度限制内,得到脉冲光功率谱存在微弱的1090 nm成分。

基于分振幅法激光偏振态检测原理,设计了一个新的激光偏振态动态检测系统。 使入射激光进入三组能对光束偏振方向进行改变的光路:偏振分束镜,半波片与偏振分束镜, 偏振波片与偏振分束镜。探测出射光束的光强功率值,在Labview自定义坐标系中展示待测激光偏振态。 检测结果表明线偏振光、圆偏振光、椭圆偏振光的偏振态分别为纺锤形、圆形、椭圆形；随着入射激光 偏振态的改变,检测结果会发生动态变化。

采用密度泛函理论的BPV86方法, 在6-311G++(d, p)基组水平上优化了不同外电场(0～0080 au)下氧化锌分子的基态稳定构型, 在此基础上利用同样的方法计算了氧化锌分子的分子结构、 偶极矩、 总能量、 能隙以及红外光谱和紫外-可见吸收光谱强度。 结果表明, 在外电场的作用下, 分子结构变化明显, 与电场呈现强烈的依赖关系。 随着正向外加电场的增加, ZnO分子键长一直在增大, 电偶极距也是一直增大, 分子总能量不断减小, 分子能隙不断减小, 红外光谱吸收峰出现红移现象。 随着外电场的加强, 分子紫外可见吸收光谱振子强度先增大后减小再增大再减小反复变化, 其波峰则出现蓝移现象。

理论研究了单色飞秒激光脉冲场作用下激光脉冲宽度、激光强度和转动 温度对N2O分子取向的影响,讨论了三种情况下激光场中自由参数 对N2O分子取向的影响: 转动温度和光强不变时,只改变脉冲宽度; 转动温度不变,在相同脉冲宽度时只改变光强；脉冲宽度和激光强度都不 变,只改变转动温度。结果表明通过精细调节脉冲宽度、激光强度和转动 温度可以操纵分子取向的增强或减弱。

采用密度泛函理论的B3LYP方法, 在6-311G++(d,p)基组水平上优化了不同外电场(0～0.025 a.u.)下氮化镓分子的基态稳定构型, 在此基础上利用同样的方法计算了氮化镓分子的分子结构、 偶极矩、 总能量、 能隙以及红外光谱, 拉曼光谱, 紫外-可见吸收光谱强度。 结果表明, 分子的结构的变化与电场大小呈现强烈的依赖关系。 随着正向外加电场的增加, GaN分子键长不断减小, 电偶极距不断减小, 分子总能量不断增大, 分子能隙不断减小, 红外光谱吸收峰出现蓝移现象, 拉曼光谱出现蓝移现象。 随着外电场的加强, 分子紫外-可见吸收光谱振子强度出现先减小后增大再减小的反复变化, 其波峰则出现红移现象。

利用飞行时间质谱技术得到了氟利昂F1110(C2Cl4)在400 nm飞秒脉冲激光作用下的飞行时间质谱图, 发现了C2Cl+4、C2Cl+3和C2Cl+2这三种主要的碎片离子。利用密度泛函理论在B3LYP/6-311G++(d,p)基组水平上进一步计算和分析了C2Cl+4在光解离过程中解离通道的能量变化, 得出C2Cl+4在光解离过程中需要吸收能量, 说明C2Cl+4在大气层中比较稳定。与已有实验得到的C2Cl4在800 nm飞秒脉冲激光作用下的质谱图进行比较, 并通过计算碎片峰中各主要离子的比例以及氯同位素的丰度比发现, C2Cl4在红外光辐射下更易发生解离。采用同样的基组对C2Cl4和C2Cl+4中的C-Cl键进行势能面扫描, 得到其鞍点, 发现当C2Cl4解离生成C2Cl+4时, C-Cl键的活性变高, 更易断键解离。计算和分析了C2Cl+4的红外光谱和拉曼光谱, 利用从头算CIS方法得到了C2Cl+4的紫外可见吸收光谱。

哈龙1301(三氟溴甲烷)在太阳光辐射下解离生成破坏臭氧的溴自由基, 严重破坏大气臭氧层, 采用有效的措施对哈龙1301排放前进行降解很有必要。 利用密度泛函理论(DFT)在B3LYP/6-311G++(d,p)水平上研究了外电场(0～0.03 a.u.)作用下哈龙1301分子的解离特性和光谱特征, 包括总能量, 键长, 电偶极矩, LUMO-HOMO能隙, 红外光谱以及解离势能面等。 计算结果表明, 在C—Br键连线Z方向上, 外电场从0逐渐增加到0.03 a.u.时, 分子体系能量逐渐减小, 偶极矩在刚开始表现为减小然后单调增大, HOMO-LUMO能隙EG呈现单调递减的趋势, C—Br键键长逐渐增大, C—F键键长逐渐减小。 外电场对CF3Br分子不同振动模式的红外光谱影响不同。 在外电场作用逐渐增强下, 解离特性表现为: CF3Br分子的C—Br键方向扫描得到的势能曲线的束缚状态逐渐被消除, 势垒逐渐变小最后消失。 计算发现强度为0.03 a.u.的外电场足够使得CF3Br分子发生C—Br键断裂而降解, 该结果为保护环境而对哈龙进行电场降解提供重要参考依据。