极性溶剂中吖啶橙染料的非线性光学特性研究：Z扫描与DFT方法的协同揭示

《Journal of Fluorescence》：Observation of Fascinating Nonlinear Optical Features of Fluorescent Dye in Selected Polar Solvents by Z-Scan and DFT Method

来自国内的研究人员通过Z扫描技术和密度泛函理论(DFT)，系统研究了吖啶橙(AO)染料在乙醇/甲醇/丙酮/1-丙醇等极性溶剂中的三阶非线性光学(NLO)特性。发现甲醇体系中呈现最大光学极化率(χ3~10–7esu)，通过开闭孔径Z扫描揭示了饱和吸收(SA)/反饱和吸收(RSA)共存现象及自散焦效应，结合Kamlet-Abboud-Taft溶剂参数和DFT计算的α/β/γ超极化率，为光限幅材料设计提供了新依据。

　　采用低功率Z扫描技术结合密度泛函理论(DFT)，科学家们深入探究了吖啶橙(Acridine Orange, AO)染料在极性溶剂中的三阶非线性光学(NLO)行为。当染料完全溶解于乙醇、甲醇、丙酮和1-丙醇时，开孔径(OA)Z扫描数据显示出由饱和吸收(SA)和反饱和吸收(RSA)共同作用导致的正负非线性效应，而闭孔径(CA)Z扫描则通过透射率"峰-谷"曲线证实了自散焦现象。测量获得非线性吸收系数(10^–7cm²/W量级)和非线性折射率(10^–2 cm/W量级)，三阶NLO极化率χ³达到10^–7esu量级，其中甲醇体系表现出最优异的性能。借助Kamlet-Abboud-Taft多参数溶剂化模型，研究定量解析了溶剂光谱特征对溶质分子的调控机制。通过B3LYP/6–311++G(d,p)基组的DFT计算，团队完成了分子几何优化、前线分子轨道(FMO)和静电势(ESP)分析，并计算出线性极化率α、一阶超极化率β和二阶超极化率γ的溶剂依赖性变化规律，理论预测与实验结果高度吻合。