双光子吸收(TPA)是一种三阶非线性光学现象,在生物、化学、材料科学等领域具有广阔的应用前景。具有强TPA性质的有机分子材料在光限幅,上转换激射,光动力学治疗和双光子荧光显微镜等领域中被广泛使用。因此,探索有机TPA材料的潜能与应用,成为了科研工作者研究的热潮。近年来,实验上合成了各种类型的有机TPA分子材料。同时,理论上,分子结构与性质关系被广泛研究。然而,许多TPA截面比较大的分子,在聚集状态下荧光量子产率会降低,出现荧光猝灭现象,从而限制了TPA材料的应用。最近,聚集诱导发光(AIE)材料及其应用引起了人们的广泛研究。实验室已经合成了一些同时具有TPA和AIE特性的分子材料。在这些分子结构中,通常含有四苯基乙烯基团。并且,为了提高TPA响应,在四苯基乙烯基团上引入电子供体。对于四苯基乙烯基团,电子供体的取代位置和数目存在多种可能,需要考虑供体位置和数目对TPA性质的影响,分析结构与性质的关系。在此基础上,可以理论设计同时具有TPA和AIE特性的分子材料。本文在杂化密度泛函的基础上,理论研究了一系列由四苯基乙烯基团构建的有机分子体系的TPA性质,研究了供体强度,位置和数目对TPA性质的影响。通过改变分子中电子供体基团,分子的平面性和共轭长度,理论设计了同时具有TPA和AIE特性的分子结构,并计算了设计分子的TPA性质。本文主要工作可分为以下两个部分:一、基于四苯基乙烯的D-A-D型分子的双光子吸收特性应用密度泛函响应理论方法结合极化连续模型研究了含四苯基乙烯(TPE)和三苯胺基团的一系列D-A-D型有机分子的TPA性质,研究了供体强度、位置和数目对TPA性质的影响。计算结果表明,随着三苯胺上取代基给电子能力的增加,TPA强度增强,与实验结果一致。我们发现,供体位置对TPA有重要影响。在TPE基团侧面位置添加供体,会减小TPA截面。因此,更多的供体不一定能产生更强的TPA。我们还研究了顺反异构效应,发现所有顺式结构具有比相应反式结构更低的TPA强度。通过考虑具有不同供体数目的结构发现,当TPE上含一个供体,同时三苯胺上含两个供体的结构具有最大的TPA截面。应用少态模型和自然键轨道电荷分析,我们探寻了这些计算结果背后的原因。二、基于四苯基乙烯的D-π-A型分子的双光子吸收特性应用密度泛函响应理论方法结合极化连续模型研究了含四苯基乙烯和氰基基团的一系列D-π-A型有机分子TPA性质。研究了供体位置和数目对TPA性质的影响。此外,增强电子供体基团强度,以及通过增加分子的平面性和共轭长度,我们设计了三种分子结构,并计算了它们的双光子吸收性质。结果表明,供体的位置对TPA强度有重要影响。位于分子末端的甲氧基供体能有效地提高TPA强度。随着取代基数目的增加,TPA吸收峰的位置发生红移。在不同的侧位上添加电子供体基团对TPA性质的影响有明显差异。跟实验测量分子相比,理论设计的分子双光子吸收截面均有明显提高。采用三苯胺基团代替四苯基乙烯后,TPA吸收峰发生较大红移,TPA吸收强度明显增强。由于这些分子均含有四苯基乙烯或三苯胺基团,因此可能具有AIE特性。