利用二次諧波產生(SHG)方法研究了中心對稱分子稀土夾心雙酞菁銩(TmPc2)Langmuir-Blodgett(LB)膜二階非線性光學特性，測量了二次諧波強度隨入射基頻光入射角的關系，并對其二階非線性產生機制進行了討論。實驗結果表明，TmPc2分子LB膜具有較好的二次諧波信號，二次諧波信號強度的最大值在基頻光入射角為45°的地方，其二階非線性極化率χ(2)和分子超極化率β分別為1。152×10-8和1。905×10-30esu。通過測量樣品二次諧波信號的偏振特性，并與理論分析相比較，得出其二階非線性起源于電四極子作用機制。

實驗部分

實驗所用材料是由山東大學化學化工學院姜建壯教授提供的三明治型酞菁銩化合物TmPc2，其分子結構如圖1所示。氯仿從市場購買，純度為分析純。以氯仿為溶劑，將TmPc2配制成一定濃度的溶液用于LB膜的制備。LB膜的制備在芬蘭產KSV-5000雙槽制膜系統(tǒng)上完成，在恒定的溫度和表面壓力下用水平提拉法制備成LB膜。

圖1 TmPc2分子結構

樣品二次諧波產生實驗裝置如圖2所示，光源為美國Continuum公司生產的鎖模Nd:YAG皮秒激光器，激光器輸出的基頻光波長為1064 nm，能量為75 mJ，脈沖寬度為35 ps，重復頻率為10 Hz，經過衰減，照射到樣品上的單脈沖能量為2 mJ左右。激光束經過格蘭棱鏡，再通過一個半波片(用于調節(jié)入射光的偏振狀態(tài))后被分光鏡分成兩束，其中反射光用硅光探測器(Si photodetector)采集后傳送到Boxcar門積分器上，用作Boxcar門積分器的觸發(fā)信號。而透射光經過濾光片(filter)后進入黑暗的封閉空間(圖中虛線所示，其作用為阻止外部的光線進入，以保證光電倍增管所探測的信號不受外界信號的干擾)后又被分光鏡分成兩束，其中的一束光直接照射到被測量的LB膜樣品上，用于樣品產生二次諧波信號，而另外一束光則照射到標準的Z切型的石英晶體上，測量標準石英樣品的二次諧波信號來監(jiān)測激光輸出能量的變化。

LB膜樣品和標準石英晶體的二次諧波信號由光電倍增管(PMT)探測，通過Boxcar門積分器采集后輸入到計算機中進行數據處理。PMT前放置了隔紅濾光片和只透532 nm的干涉濾光片，以保證只有532 nm的光可以進入到PMT中。圖中，filter為透1064 nm的濾光片，以保證只有1064 nm的基頻光進入黑暗的封閉空間，照射到樣品上。Si photodetector為硅光探測器。Sample stage為可繞其法線旋轉的樣品臺，其旋轉角度可從0°到360°連續(xù)變化，以改變基頻入射光入射角的大小。HV是高壓電源，可以為光電倍增管提供1300 V的高電壓。

圖2二次諧波產生(SHG)裝置圖

結論

利用LB膜技術將中心對稱的三明治型酞菁銩分子制備成多層LB膜，研究了其LB膜二次諧波產生特性及其產生機制。二次諧波產生實驗表明雙酞菁銩的LB膜具有較好的二階非線性光學特性，分子具有較大的二階非線性超極化率。根據偏振二次諧波產生的理論與實驗值相比較，結合前人得出的結論，認為其二階非線性起源于電四極子作用機制。