[精品]双光子荧光探针的研究进展

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1、有机双光子材料的研究进展随着以光电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将成为耒來信息材料发展的主体，而非线性光学材料就是其中发展较为迅猛的一种。非线性光学是强光光学，研究的是物质在强光作用下产生的输出光强度与原入射光的非线性关系。非线性光学材料在强光作用下，反映介质性质的物理量（如极化强度P等）不仅与场强E的一•次方有关，而且还决定于E的更高幕次项,从而导致许多在线性光学中不能解释的新现象，表现出独特的非线性光学性质。双光子吸收属于三阶非线性光学效应的一种，有着独特的光学和电学效益，使得双光子技术在耒来光电子集成、生物分子探测、医学诊断等领域具冇巨大的应

2、用潜力和广阔前景⑴。一、双光子吸收的基本概念双光子吸收属于三阶非线性光学效应，该理论最早是由Goeppert-Mayer于1931年首次提出的。它是指在强激光激发下，利用近两倍于样品的线性吸收波长的光源激发该样品，使其通过一个虚小I'可态（virtuestate）直接吸收两个光子跃迁至高能态的过程，所吸收的两个光子的能量可以相同（ol=co2,简并吸收），也可以不同（colHco2,非简并吸收），其机理如图1所示。图1单、双光子吸收和发射机理示意图和单光子吸收和发射相比，双光子吸收和发射有以下本征特点：（1）在材料中高的穿透深度。单光了荧光过程是短波激发长波发射，吸收和发射所涉及的基元

3、光物理过程服从Stark-Einstein定律。而双光子荧光是长波激发短波发射，所用激发光的波长红移近一倍，一般位于600-900nm,远远低于单光了过程紫外辐照光（波长为250-400nm）的光了能量。这一波段的光具有很好的穿透性，Rayleigh散射小，背景光干扰小，便于观测，并且光损你光漂白、光毒性都较小。（2）双光子吸收具有高度的空间选择性。双光子诱导的电子跃迁儿率与入射光强度的平方F成正比，并只只冇入射激光的峰值功率密度（光强）达到一定的闽值，才会冇双光了吸收现彖。在激光束紧聚焦条件下，双光子吸收效应局限于材料内部相当于入射波长立方疋的微小区域内，而在焦点以外的地方,入射光的

4、峰值功率密度可控制在激发阈值以下，则不会有双光子吸收，从而实现了双光子吸收效应的高度空间选择性。（3）双光子吸收与单光子吸收的量子选择定则不同。对于中心对称的分子，其电子态具有明确的宇称，分别标记为g（gerude）或u（ungcrude）。通常单光了吸收的选择定则为g・u或u・g,而双光了吸收的最人特点在于其选择定则是g-g或u-u,分子的宇称奇偶性保持不变［%二、有机双光子吸收材料的研究现状双光子吸收技术的发展很人程度上依赖于在人们所希望的波长范围内具有人的双光子吸收截面分子的合成，在共轨链的两端对称地或不对称地接上给电子基团或受电子基团都可获得有效的双光子吸收材料。H前，研究最多

5、的双光子吸收材料的分子结构是兀共辘单元两边对称地或不对称地接上供电子取代基或吸电了取代基，形成D・—D、A・一人或》-A型的分了结构。通过改变供电了取代基或吸电子取代基，增加共扼链的有效长度，或在共轨单元上引入各种基团而使分了的电荷重新分布，都可以增强分子的双光子响应强度。虽然最先研究的双光子吸收材料是无机材料，但是同无机双光子吸收材料相比，有机双光子吸收材料具有许多优点：（1）成本低；（2）易于进行器件制作和集成；（3）性能可通过结构修饰进行调节；（4）光学损伤阀值高；（5）非线性光学响应快速；（6）具有相对于无机铁电晶体高一到两个数量级的非线性光学系数。研究表明：双光子吸收材料的双

6、光子吸收截面和化合物的结构冇很密切的关系，如：分子的共平面性、分子的维数、兀连接的长度等。现有的有机双光子吸收分子按照其化学结构及空间维数可分为：一维线性双光子吸收分子，多枝状双光子吸收分子和聚合物双光子吸收分子等卩•铁1、一维线性双光子吸收分子一维线性双光了吸收分了是人们最先研究的冇机双光了吸收材料。一维线性双光了吸收分了町以分为对称的一维线性双光子吸收分子（Dr-D,D-A-D,A-—A,D・kn-D,D-nn-D,A-H-A-n-A等,D表示电子给体，只表示共轨键桥，A表示电子受体）和不对称的维线性双光子吸收分子（D-h-A）两种类型。常见的兀中心为：苯、二联苯、茹、嗥吩和恵等。

7、与二苯乙烯（R1）相比，其它化合物（R2・R5）的双光子吸收截面值（。2）明显增大。M.Albota等人通过计算认为，主要原因是取代基上推电了棊团使电了离域增加，分了被激发后，电荷重新分布，增大了S1和S2态的跃迁矩。为了提高一维分子的双光子吸收截面，可以从以下儿个方面來改进：（1）增人共轨链的长度。（2）增加双光子吸收有机发色团的数密度。（3）增大分子的共平而性。（4）改变有机分子共轨桥的密度或者引入极性更大的兀电子共轨桥。(5)增人末端的电