的研 究仍 处 于实 验室 阶段 ， 如何将 其 转变 为实 用 化材 料 ， 道路依 然 漫 长 。随着 激光 武器 的进 一 步发 展 ， 相应
的对抗 措 施将 是 战略性 的研究 课题 ． 展强 双光 子吸 收 的光 限 幅材料 的研 究及应 用具 有重 要现 实意 义 。 开
２ 三 维 微 纳 加 工制 作
的 Ｋ ｗ ｔ ｔ 人用 飞秒 激光 作为 激发 源活 化光 引发 剂 ， 导丙 烯酸 酯聚 合 ， 备 出更 高空 间分辨率 的微 结构 ａａ ２ ］ 等 诱 制
万方数据
３ ０
苏州科 技学 院学 报 （ 程技术 版 工
２ １ ０２
“ 牛” 型 ， 小 模 是迄 今人 类可 以制 造 的最小 模型 化合 物 。２ ０ ０ ５年 ， ． ａａａ Ｌ等 人通 过双 光子 聚合 制作 了柱 Ｒ Ｎ ｒｙｎ ］ 状 合 金微结 构 ， 这些结 构在光 子 晶体 的制作 、 药物 的传输 和组织 工程 方面有 着 良好 的应 用前 景 ２ １ 年本 课题组 ０１ 自制 出一 组三苯 胺拓 朴结 构 的双 光子 聚合 引发剂 ， ７ ０ｎ 近红 外飞秒 脉 冲激 光 在 ８ ｍ 下 ， 施对 负性 光刻 胶～ 实 甲基丙 烯 酸类树 脂 （ ＭＭＡ ￣ 发剂 ） 行双 光子 聚合 ， ／Ｉ 进 雕刻 出微 米公 牛像 （ 寸约 为 ｌ 尺 ５ ｔ ｌ ｍ） 周期性 微结 构 （ 中光 子晶体 的最 大加工 尺寸 为 ２ ｍ ２ ｍ， ￣ ０ ｍｘ 和 其 ０Ｉ ｘ ０Ｉ 每个 栅格 子 的尺寸 为 １Ｌ ｌ ｘ ｘ Ｌ ｍｘ
子 的激 光 限幅效 率 。
Ｎ 量
窒
、 ＝
言
厶 ＿ 暑０ NhomakorabeaＩ ｐ ｔ ＭＷ ・ ｅ 一 ｎｕ／ （ｒ 、 ａ
图 １ 理 想 光 限 幅 曲线 （ ） 左 和样 品溶 液 的 输 入一 出 曲线 （ ） 输 右
暮
善
厶
皇
０
图 ２ 三 苯 胺 拓 朴 结 构 衍 生 物光 限 幅 曲线 （ ） 双 光 子 吸 收 （ ， 左 与 右 以透 过 率 表 ， ） 下
展到 双光子 吸 收理论 ． 理想 的光 限幅材 料具有 如 图 ｌ 左 ） （ 所示 。
对于理 想 的光 限 幅材 料 而言，当激 光 入射到 限 幅材料 时 ， 输 入光 较弱 则输 出光 强与输 入 光强 呈线 性关 系 ， 若 见 图 １左 ） 线 段 ； （ ａ 当入 射光 强达 到一定 阈值 （ ） ， 输 出光 强增 加缓 慢或 不 再增 加 ， Ｅ 后 则 其输 出光强 将保 持 为常 数 ， 图 １左 ） 见 （ ｂ线段 。其 中 ， ｉ 开始 限幅时 的输入 阈值， 为 限幅 阈值 ； Ｅ 为 称 相对 应 的输 出 Ｅ 为箝 位输
收 能力 呈正相 关性 。 在输 入 光强变 化 在 ３ ～ ５ ｃ 围 内 ， ０ ４ ０ＭＷ／ｍ 范 当输入 光强 的变 化值 △为￣ ５ ｃ ， ４ ０ＭＷ／ｍ 时
各样 品溶液 （ ． 的 透过 光 强 △’ＭＷ，ｍ ） 别 为 ６ （Ｔ Ｇ ） １ ８ Ｓ — ’ ，６ Ｓ － １ ） ２ ５ Ｓ － ００ Ｍ） ２ （ ｃ 。分 ５ Ｓ — ２ ，４ （Ｔ Ｇ１ ） １ ８（Ｔ Ｇ ． 和 ６ （Ｔ ５ Ｇ１ 。通 过测 定纳 秒脉 冲下 输入／ 出光 强 的变 化 、 ） 输 纳秒／ 飞秒 泵浦 下 分子 的双 光子 吸 收 以及单 光子 荧光 衰减 曲线 ， 还发 现分 子 激发 态寿 命 与激光 脉 宽保 持 在 同一数 量级 时 ， 在着 明显 的激 发态 再 吸收 ， 利 于提 高分 存 有
Ｍａ． ２ １ ｒ ０２
双光子吸收效应研究新进展
罗建 芳 一 ，梁作 芹 ， 一 ，王 宝 ， － 小龙 ，丁 平 ， ，梁 一 一 ，王筱 梅 １ ， ２
（． 苏 省 环 境 功 能材 料 重 点 实 验 室 ， 苏 苏州 ２ ５０ ；． １江 江 １０ ９ ２ 苏州 科 技 学 院 化学 与 生 物 ５ 程 学 院 ， 苏 苏 州 ２ ５０ ） １ ２ 江 １０ ９ 摘 要 ： 光 子 吸 收 （ ｏｐ ｏｏ ｂｏ ｔ ｎ 是 介 质 通 过 中 间 虚 态 同 时 吸 收 两 个 光 子从 基 态 跃 迁 至 激 发 态 的 过 程 ： 双 ｔ — ｈｔｎａ ｓｒ ｉ ） ｗ ｐｏ 其
出值 ， 为限 幅器破 坏 阈值 ； Ｅ △和 △ 值分 别定 义为 限 幅器 （ 料 ） 材 输入 和输 出动态 范 围 。实用 化 的激 光 限 幅 材料 要求 在低 于 材料 限 幅阈值 时呈 高透射 率， 而在 强激 光下 其输 出箝 位值 应低 于人 眼和 光 电装置 的承 受能
力。
图 １右） （ 为本 课题 组 自制两 个化 合 物的 光限 幅特 征 曲线【ｌ， 中过原 点 的直 线 为纯溶 剂 （ＲＦ 的线性 ８ｑ 其 ＿ Ｔ ） 透 过率 。 以看 出 ，ａ ｌ－ 可 ｓｍｐｅ １和 ｓｍ ｅ ２的光 限幅 曲线 位 于模型分 子 Ｂ Ｐ Ｓ光限 幅 曲线 的下方 ， 以 ， 一 ａ ｐ一 ｌ ＤＡ 所 它们 的光 限幅能力 比模 型分 子要好 。如 ， 在输 入光强 变化 范 围为 ２ ～ ７ ５ ２ ０ＭＷ／ 区域 ， ｃ ￣ 当输 入光 强 的变化 值 （ Ａ）
双（ ） 多 光子 吸收 有机 材料 在三 维光 存储 、 激光 光 限 幅 、 上转 换激 射 、 三维 荧光显 微术 和光 动 力学 治癌［ 等高 ２ ＿ ｑ
科技 领域 的潜 在应用 ，双 光子 吸收 ” 其效应 引起 研究 者极 大兴趣 ， “ 及 成为 有机光 电子 领域 内热点课 题 之一
ｍ， 图 ３和 图 ４ 见 。
２ｈ） ｔ
、
…
Ｔ －ｈｏｏ ｗｅ ｐ ｔ ｎ ａ ｏｐｔ ｎ ｂｓ ｒ ｉ ｏ
为 ２５ＭＷ／ｍ 时 ，模 型分子 Ｂ Ｐ Ｓ的透 过光强 降低 至 １６ＭＷ／ ４ ｃ ｚ ＤＡ ７ ｃ ，然而 ｓｍ ｅ２的透 过光 强则 降低 至 ｍ ａ ｐ－ ｌ 一
［ 稿 日期 】 ０ ２－ － ５ 收 ２ １－ ２ １ － ０ ［ 金 项 目】 家 自然 科 学 基 金 项 目（０ ７ ０７ ； 苏 省 高 等教 育 优 势 学科 资 助 项 目（ Ａ Ｄ ； 州 市环 境 功 能材 料重 点 基 国 ５９３７ ）江 Ｐ Ｐ ）苏 实 验室 （Ｚ ２ １０ ）江 苏省 高校 研 究 生 科研 创 新 项 目 （Ｘ Ｘ１＿９ ０ Ｓ Ｓ０ ０ ８ ； Ｃ Ｌ １０ ￣ ）
“ 光子 吸收 效应 ” 双 的应 用 源于 材料 的强 双光 子 吸收 ， 了获 得强 双光 子 吸收 的新材 料 、 为 新体 系 ． 国研 各
究 者竞 相设 计 、 开发各 种新 材料 并探 索其 潜 在应用 。该 文介 绍 本课题 组 十多年 来在 双光 子 科学 领 域 中取得
的相关 成果
跃 迁 量 子 特 征 具有 高 度 空 间 分 辨率 和 良好 介 质 穿 透性 ， 而 在 三 维 微 纳 加工 制作 、 维 光 信 息 存储 和 三 维荧 光 显 微 因 三
成 像 等 高 科 技 领 域具 有 应 用 价 值 ， 为 当 前 有机 光 电子 领 域热 点 课 题 。 文 介 绍本 课 题 组 十 年来 在 双 光 子 科 学领 域 成 该
【 者 简 介］ 作 罗建 芳 （９ ７ ）男 ， 江衢 州 人 ， 士 研 究 生 。 １８ － ， 浙 硕
通讯联系人 ： 王筱 梅 （９ ８ ）女 ， 授 ， 士 。从 事 有 机强 双 光 子 吸 收新 材 料 研 究 ，ｍａ ：ａ ｇｉｏ ｅ＠ ｉｕｔ． ｕＣ １５ － ， 教 博 Ｅ ｉ ｗ ｎｘａｍ ｉ ｍａ ． ｓ ｄ ．Ｉ ｌ ｌｓ ｅ Ｉ
高能量 脉冲激 光 的 出现 证 实 了 Ｃ ｐ ｅ． ｙｒ ｏ ｐ ｒＭａ ￣ 上世 纪 三十 年代 的理论 预测 ［ 物质 （ 一 １ ］ ： 如有 机分 子 ） 在强 光
激发 下可 同时 吸收两 个光子 跃迁 至高 能态 ， 生 “ 发 双光子 吸收 ” 。直 到 ２ ０世纪 ９ ０年代 中后期 ． 陆续 发现 了强
结构 微纳 加工 ， 克服单 光子 过程 空 间选 择 性差 的缺 点 。 可 １９ ９ ９年 ， 国 Ｃ ｍ ｓ ｍ 等［ 美 ｕ ｐｔ ｏ ６ １ 首次 在 Ｎ ｔｒ 刊报 道 ， 用 飞秒 激 光 双 光 子 三维 加 工 获 得 三 维 光 子 晶 ａｕｅ期 利
体 ； 种 微纳结 构需 在 电子显 微镜 下才 能观 测 到 ， 志着 精微 技 术 的一次 重 大突破 。２ ０ 年 ， 这 标 ０１ 日本 大 阪大学
实用 化 的光 限 幅材料 除 了具 有 强双 光 子 吸收 性 能 ， 需 要材 料 具 有 响应 速度 （ 还 开关 速 度 ） 、 幅阈 值 快 限 低 、 伤 阈值高 、 损 限幅波段 宽 （ 紫 外光一 见光 ～ 从 可 近红外 光 ） 不影 响 系统本 身视觉 等特 性 。目前 ， 限幅材料 、 光
万方数据
第 １期
罗建芳 等 ： 双光 子吸 收效 应研究 新进 展
一Ｓ ．
Ｉｄｊ ｎ １０
２ ９
９ Ｗ／ｍ ２ ０ ３Ｍ ｃ ２ ０ ０年本 课题 组［研 究 了三苯 胺 拓朴结 构衍 生物 对纳 秒脉 冲激 光 的限 幅特 性 （ 图 ２ 左 ） ， １ １ １ 见 （ ） 并 与 它们 的非线 性透 过率 （ ／ ， ＡＴＴ 其数 值反 比于双光 子 吸收能力 ） 比较 ； 现该类 材料 光 限幅能力 与 双光 子吸 相 发
三维 微 纳加 工是 双光 子科 学技 术 应用 中的一个 新 兴热 点 。 通常 借 助双 光子 引发 聚 合实 现 。首 先将 脉 冲
激光 聚 焦于 液态 树脂 中 ， 导引 发剂 发生 双光 子 吸收 ， 而 引发液 态树 脂 聚合 成高 分子 固体 ； 过 控制 移 动 诱 进 通 激光 聚焦 位置 ． 可获 得微 纳尺 寸 的 ３ Ｄ立体 结构 。运用 双光子 技术 在液 态可 聚合 硬化 的分 子材料 中实 现三维