Òí ß –@ /† < Ɠ § Ó ü t o † < Æõ ,  Òí ß – 609-735

π- ú n ÞÅ k È ù p § à à Š– ¥M  t œ } º Ä Z Ø 8 ý R  Ò Å] k ù ÿ  • ¤ Ê ÝX N Ë Ž ì ŏ Œ

L

|A j* å  · T  ¢ 9 r ) · ' å  ™ ¸ ^∗

Â

Òí ß –@ /† < Ɠ § Ó ü t o † < Æõ ,  Òí ß – 609-735

… è

¡g ` @ M Î 3 · T  ¢ 9 ) כ ^†

ô 

Çz Œ ™@ /† < Ɠ § “ ¦ì  r  / B N† < Æõ , @ /„   306-791 (2003¸   10 Z 4 28{ 9  ~ à Î6 £ §)

‘

: r ƒ  ½ ¨\ " f  H thiophene õ  fluorene`  ¦ π-×  æd ” Ü ¼– Ð ô  Ç Ä »l Ò  o™ è\ " f q ‚  + þ A f  ¨ à ºõ & ñ `  ¦ › ¸  % i 



. ` O Û ¼ ; Ÿ ¤ s  7 nsü < 35 ps“   Y Us $ \  ¦  6   x # Œ q ‚  + þ A f  ¨ à ºõ & ñ `  ¦ 8 £ ¤& ñ , q “ § % i  . Õ ª   õ  7 ns

` O

Û ¼– Ð 8 £ ¤& ñ Ù þ ¡`  ¦ M : q ‚  + þ A f  ¨ à º  s `›   ß ¼>  › ' a8 £ ¤ ÷ &% 3  . s   H # Œl ï  r0 A f  ¨ à º\  ¦ Ÿ í† < Êô  Ç s  F  g   f  ¨ Ã

ºõ & ñ Ü ¼– Ð s K ÷ & 9, s \  ¦ ì  r  _  5ï  r0 A \  -t  — ¸4 S q`  ¦ & ñ # Œ [ O " î % i  . q ‚  + þ A f  ¨ à º_  ß ¼l 



 H s  F  g   f  ¨ à º > à º÷  rë ß –  m   ì  r  _  # Œl ï  r0 A_  à º" î s  U  ´ M :  8  H q ‚  + þ A f  ¨ à º\  ¦ f ” `  ¦ S X ‰ “  

½ +

É Ã º e ” % 3  .

PACS numbers: 42

Keywords: s  F  g   f  ¨ à º, q ‚  + þ A f  ¨ à º, # Œl ï  r0 A f  ¨ à º, q ‚  + þ A Ä »l  Ò  o™ è, s  F  g   + þ AF  g

I. " e  ] Ø

Ó

ü t| 9 _  q ‚  + þ A f  ¨ à ºõ & ñ “ É r F  g [ jl  ] jô  Ç, 3 " é ¶ & ñ ˜ Ð

$

 © œ, / B N œ í& h  ‰ & ³p  â , F  g% i † < Æ u « Ñ 1 p x # Œ Q 6 £ x6   xì  r  \ 

"

f B Ä º Ä »6   x   [1–5]. s \  ¦ 0 A # Œ Z  }“ É r q ‚  + þ A f  ¨ à º

\

 ¦ t   H Ä »l  o½ + ËÓ ü t_  > hµ 1 Ï`  ¦ 0 Aô  Ç ƒ  ½ ¨  Ö ¸µ 1 Ïy  s  À

Ò# Qt “ ¦ e ”   [6]. q ‚  + þ A f  ¨ à º  H Ä »l  o½ + ËÓ ü t_  > h µ

1 Ï`  ¦ 0 AK " f  H ì  r  _  q ‚  + þ A f  ¨ à ºõ & ñ õ  ì  r   ½ ¨› ¸ü <

_

 › ' a > \  ¦    H  כ s  B Ä º ×  æ כ ¹  . { 9 ì ø Í& h Ü ¼– Ð q ‚  + þ A f

 ¨ à º  H s  F  g   f  ¨ à º, # Œl ï  r0 A f  ¨ à º, % i Ÿ í o f  ¨ à º, Õ ªü @ y

© œô  Ç F  g \ " f_    F  g   f  ¨ à º 1 p x Ü ¼– Ð [ O " î  ) a   [7,8]. q ‚   + þ

A f  ¨ à º_  8 £ ¤& ñ “ É r q ‚  + þ A È Òõ 
 s  F  g   # Œl  + þ AF  g`  ¦ 8 £ ¤

&

ñ # Œ s  F  g   f  ¨ à º> à º\  ¦ ½ ¨   H ~ ½ ÓZ O s   6   x ÷ & 9, ´ ú §

“ É

r  â Ä º 8 £ ¤& ñ \   6   x ) a Y Us $ _  ` O Û ¼ ; Ÿ ¤ s 
 8 £ ¤& ñ ~ ½ ÓZ O 

\

      É r ° ú כ[ þ t s  ˜ Г ¦÷ &“ ¦ e ”  . # Œl " f ns-` O Û ¼_ 

 â

Ä º, s ˜ Ð   8  ú ª“ É r ` O Û ¼– Ð 8 £ ¤& ñ ô  Ç   õ \  q K  B Ä º

 H q ‚  + þ A f  ¨ à º\  ¦ ˜ Ðs   H X < s   H |   ` O Û ¼\ " f_  q ‚  + þ A f

 ¨ à ºõ & ñ s  é ß –í  Hô  Ç s  F  g   f  ¨ à º(two-photon absorption:

TPA) õ & ñ ÷  rë ß –  m   s  F  g   f  ¨ à º\  _ K  # Œl   ) a ì  r   _  # Œl ï  r0 A f  ¨ à º(excited state absorption: ESA) õ & ñ

`

 ¦ Ÿ í† < Ê   H  כ Ü ¼– Ð [ O " î ÷ &% 3   [9,10].

∗

E-mail: [email protected]

†

E-mail: [email protected]. ac.kr

‘

: r ƒ  ½ ¨\ " f  H dithienothiophene õ  fluorene Ä »• ¸^ ‰_  q

‚  + þ A f  ¨ à ºõ & ñ `  ¦ 7 ns ü < 35 ps-` O Û ¼ Y Us $ – Ð 8 £ ¤& ñ 

#

Œ q “ § % i Ü ¼ 9, s \  ¦ ì  r  _  5ï  r0 A \  -t  — ¸4 S q`  ¦ 

&

ñ “ ¦ ESA\  ¦ t   H TPA õ & ñ Ü ¼– Ð [ O " î % i  . ¢ ¸ô  Ç 35 ps-` O Û ¼ Y Us $ \  ¦ s 6   xô  Ç pump-probe ~ ½ ÓZ O Ü ¼– Ð # Œl  ï

 r0 A à º" î õ  # Œl ï  r0 A f  ¨ à ºÛ ¼& 7 ˜à Ô! 3 `  ¦ 8 £ ¤& ñ # Œ s  F  g   f

 ¨ à ºü < # Œl ï  r0 Af  ¨ à º_  l # Œ\  ¦ & ñ | ¾ Ó& h Ü ¼– Ð q “ §½ + É Ã º e ” 

%

3  . s    õ \  ¦ ns ` O Û ¼ Y Us $ \ " f 8 £ ¤& ñ ô  Ç q ‚  + þ A f  ¨ Ã

º 8 £ ¤& ñ ì  r$ 3 \  & h 6   x # Œ ESA_  l # Œ\  ¦ & ñ | ¾ Ó& h Ü ¼– Ð [ O 

"

î ½ + É Ã º e ” % 3 Ü ¼ 9, Y Us $  ` O Û ¼ ; Ÿ ¤ \     q ‚  + þ A f  ¨ à º _  ß ¼l   Ø Ô>  8 £ ¤& ñ ÷ &  H ‰ & ³ © œ`  ¦ ´ òõ & h Ü ¼– Ð [ O " î ½ + É Ã

º e ” % 3  .

II. ÷ m Ç ] M ö

z 

´+ « >\   6   x ) a r « э  H Fig. 1 õ  ° ú  s  dithienoth- iophene(DTT) õ  fluorene(Flu)`  ¦ π-×  æd ” Ü ¼– Ð “ ¦ ì  r



_  € ª œé ß –\  „   Å Ò> – Ð carbazole(CZ) <  ʓ É r N,N- diphenylamine(TP)`  ¦   ½ + Ër †   @ /g A+ þ A ½ ¨› ¸s  . DTT

\

 ¦ π-×  æd ” Ü ¼– Ð ô  Ç ì  r    H thiophene ì  r   ? /_  S ! (S)_  „  



 C • ¸ π-„   ü < ´ òõ & h Ü ¼– Ð ™ D ¥$ í ÷ &# Q  H q ‚  + þ A f  ¨ Ã

º\  ¦ t   H  כ Ü ¼– Ð · ú ˜ 94 R e ” Ü ¼ 9 Flu ¢ ¸ô  Ç  H q ‚  + þ A

-71-

Fig. 1. Molecular structures.

f

 ¨ à º\  ¦ t   H  כ Ü ¼– Ð · ú ˜ 94 R e ”  . — ¸Ž  H r « э  H tetrahy- drofuran(THF)`  ¦ 6   x B – Ð # Œ 5 mM_  0 l x • ¸– Ð, 2 mm ¿ º a

_  z  ´o   Ä »o  cuvette\  V , # Q ï  r q  % i  .

F 

g " é ¶ Ü ¼– Ѝ  H Q- Û ¼0 Au   ) a Nd:YAG Y Us $ _  3 › ¸ o 

– Ð * 3 i ç ô  Ç β-BaBO ₄ (BBO)   & ñ `  ¦  6   xô  Ç F  g B > h / B N

”

 l (OPO)ü <, — ¸× ¼ Œ ™F K ) a Nd:YAG Y Us $ _  3 › ¸ o 

– Ð ô  Ç Š © œ_  BBO   & ñ `  ¦ * 3 i ç ô  Ç F  g B > h µ 1 ÏÒ q t/7 £ x; Ÿ ¤ l

(OPG/A)\  ¦  6   x # Œ   © œ`  ¦    % i  . €  $  TPA /

B

N" î   © œ`  ¦ 8 £ ¤& ñ l  0 A # Œ BBO-OPO– Ð { 9   F  g_   



© œ\    É r s  F  g   f  ¨ à º + þ AF  g_  [ jl \  ¦ 8 £ ¤& ñ % i  . Õ ª   6

£ § { 9   F  g_    © œ`  ¦ TPA / B N" î   © œ\  “ ¦& ñ r v “ ¦ { 9   F 

g_  [ jl \  ¦    or v €  " f È Òõ Ö  ¦_     o\  ¦ pyroelectric detector ü < Si-detector– Ð 8 £ ¤& ñ % i  . ` O Û ¼ ; Ÿ ¤ s  " f– Ð  



É r OPO ü < OPG/A\  ¦ + ‹" f ° ú  “ É r ~ ½ ÓZ O Ü ¼– Ð q ‚  + þ A f  ¨ à º

\

 ¦ 8 £ ¤& ñ % i Ü ¼ 9, s  M : Y Us $  ` O Û ¼ ; Ÿ ¤(FWHM)“ É r y Œ •y Œ • 7 ns ü < 35 pss “ ¦, { 9   F  g_  r « Ñ\ " f c ”  ) ‡o  ì ø Í ⠓ É r Ñ ü t



 €  • 100 µms % 3  .

#

Œl ï  r0 Af  ¨ à º(ESA)_  l # Œ\  ¦ · ú ˜l  0 A # Œ BBO- OPG/A\  ¦ s 6   x # Œ pump-probe z  ´+ « >`  ¦ % i  . * 3 á Ô F 

g(pump) Ü ¼– Ѝ  H — ¸× ¼ Œ ™F K ) a Nd:YAG Y Us $ _   Œ ™ › ¸

 o “   355 nm_  F  g`  ¦ s 6   x % i Ü ¼ 9 „ à Ð  F  g(probe) Ü ¼– Ð



 H   © œ  ô  Ç OPG/A_  Ø  ¦§ 4 `  ¦  6   x % i  . TPA\  _  ô 

Ç # Œl ï  r0 A\  ¦ · ú ˜“ ¦  
 ‚  + þ Af  ¨ à ºü < TPA\  _ ô  Ç + þ A F 

g s  " f– Ð { 9 u    H & h `  ¦ “ ¦ 9 # Œ ‚  + þ Af  ¨ à º@ /_  y n C`  ¦

*

3 á Ô F  g Ü ¼– Ð  6   x % i  . ¿ º c ” “ É r " f– Ð   É r  ⠖ Ð\  ¦ ”  ' Ÿ  ô 

Ç Ê ê, €  • 15 ^◦ _  y Œ •`  ¦ t “ ¦ r « Ñ\  / B Nç ß –& h , r ç ß –& h Ü ¼

–

Ð   5 g" f { 9   >  % i  . * 3 á Ô F  g õ  „ à Ð  F  g_  c ”  ) ‡o 



 H y Œ •y Œ • 1õ  0.1 mm ÷ &>  r « Ñ\  | 9 F  g % i Ü ¼ 9 „ à Ð  F 

g_  [ jl \  ¦ * 3 á Ô F  g_  10 % s  – Ð # Œ „ à Ð  F  g Ü ¼– Ð “   ô 

Ç s  F  g   f  ¨ à º µ 1 ÏÒ q t t  · ú §• ¸2 Ÿ ¤ Å Ò_  % i  . # Œl ï  r 0

A_  r ç ß –& h   1 l x“ É r c ” _   ⠖ Ð \  @ /ô  Ç „ à Ð  F  g_  È Òõ  _

    o\  ¦ 8 £ ¤& ñ # Œ % 3 `  ¦ à º e ” % 3 Ü ¼ 9, # Œl ï  r0 A f  ¨ à ºÛ ¼

&

7 ˜à Ô! 3 “ É r „ à Ð  F  g_    © œ`  ¦    or &  ½ ¨ % i  .

III. + s ÇÊ Ý õ m Í À X Ø8 ý

OPO-BBO\  ¦  6   x # Œ s  F  g   # Œl  # Œ % 3 “ É r + þ AF  g Û ¼

&

7 ˜à Ô! 3 “ É r ‚  + þ Af  ¨ à º\  _ ô  Ç + þ AF  g Û ¼& 7 ˜à Ô! 3 õ  q 5 p wô  Ç — ¸€ ª œ

`

 ¦ & ’ Ü ¼ 9, TPA_  / B N" î   © œ“ É r ‚  + þ Af  ¨ à º˜ Ð  à ºz   nm s

 © œ ' õ AÒ  o¼ # s  ÷ &# Q
 z Œ ¤ . s   H ì  r   D-π-D(D  H

„ 

  Å Ò> )_  @ /g A+ þ A ½ ¨› ¸\  ¦ t Ù ¼– Ð ‚  + þ Aõ  s  F  g   f  ¨ Ã

º # Œl ï  r0 A_  parity " î S X ‰ y  ½ ¨ì  r ÷ &# Q
 
  H ‰ & ³ © œ s

 . ì ø ̀  \  D-π-A(A  H „    ~ à Î> )_  q @ /g A ½ ¨› ¸\ " f

° ú

 “ É r 8 £ ¤& ñ `  ¦ % i  8m  # Œl  ï  r0 A_  parity_  ½ ¨ì  r s  " î S X

‰ t  · ú §  ‚  + þ Af  ¨ à ºü < TPA_  / B N" î   © œs  ° ú  “ É r 0 Au 

\

" f S X ‰ “  ÷ &% 3   [11].

Fig. 2  H OPO ü < OPG/A\ " f
“ : r " f– Ð ; Ÿ ¤ s    É r ` O  Û

¼\  ¦  6   x # Œ TPA / B N" î   © œ\ " f 8 £ ¤& ñ ô  Ç y Œ • r « Ñ_  q 

‚ 

+ þ A È Òõ s  . Table 1“ É r s  Qô  Ç   õ  í  H à ºô  Ç TPA 

“

¦ & ñ “ ¦ ì  r$ 3 ô  Ç TPA Ä »´ ò é ß –€  & h s  . Õ ª Q
 r « Ñ _  q ‚  + þ A f  ¨ à º í  H à ºô  Ç TPA õ & ñ s   m Ù ¼– Ð 8 £ ¤& ñ % ò

%

i  ? /\ " f_  Ä »´ ò é ß –€  & h s   & ñ _  % i  . ps ` O Û ¼– Ð 8 £ ¤

&

ñ ô  Ç   õ   H s  F  g[ O  1 p x s  > í ß –ô  Ç   õ ü < q “ §& h  ¸ ú ˜ { 9 u 

% i Ü ¼ 9 [12], Luo 1 p x s  > í ß –ô  Ç   õ  [13]\  q  # Œ 10

Fig. 2. (a) Nonlinear absorption behavior for 7-ns pulse,

(b) Nonlinear absorption behavior for 35-ps pulse.

Table 1. Two photon absorption cross-sections of molecules.

{ 9

  F  g_    © œ σ

ef f

(7 ns-pulse) σ(35 ps-pulse) r

« Ñ (nm) ( ×10

⁻⁴⁶

cm

⁴

s/photon) ( ×10

⁻⁴⁶

cm

⁴

s/photon)

CZ-DTT-CZ 740 4.0 0.5

TP-DTT-TP 780 8.1 2.1

TP-Flu-TP 740 1.8 1.1

C

& ñ • ¸  H ° ú כs % 3  . 8 £ ¤& ñ   õ , — ¸Ž  H r « Ñ\ " f 35 ps ` O  Û

¼˜ Ð  7 ns ` O Û ¼ Y Us $ \ " f q ‚  + þ A f  ¨ à º B Ä º ß ¼> 

 z Œ ¤ . s   H ns ` O Û ¼_   â Ä º, r « Ñ_  # Œl ï  r0 A à º" î

\

 q K  |   r ç ß – y n Cs  › ¸ ÷ &Ù ¼– Ð s  F  g   f  ¨ à º ü @\  # Œ l

ï  r0 A f  ¨ à º 0 p x >  ÷ &# Q q ‚  + þ A f  ¨ à º 7 £ x @ /÷ &# Q

 
  H ‰ & ³ © œs  . s \  ì ø Í # Œ ps ` O Û ¼_   â Ä º  H y n C_ 

›

¸  r ç ß –s   ú ª  # Œl ï  r0 A f  ¨ à º { 9 # Q± ú ˜ 0 p x$ í s  ×  ¦

#

Q[ þ t 9 í  H à ºô  Ç TPA õ & ñ ë ß –`  ¦
 ? />   ) a  . : £ ¤ y  TP- DTT-TP_   â Ä º, ns ` O Û ¼\ " f B Ä º  H q ‚  + þ A f  ¨ à º\  ¦  4

R F  g ] jô  Ç <  ʓ É r 3 " é ¶ l 2 Ÿ ¤ ™ è – Ð_  s 6   x 0 p x$ í `  ¦ ˜ Ð

#

ŒÅ Ò% 3  . CZ-DTT-CZ_   â Ä º ps ` O Û ¼\ " f  H  © œ@ /& h Ü ¼

–

Ð  Œ •“ É r q ‚  + þ A f  ¨ à º\  ¦ ˜ Ðs 
 ns ` O Û ¼\ " f  H  H ° ú כ`  ¦  4

R # Œl ï  r0 A f  ¨ à º B Ä º ´ òõ & h Ü ¼– Ð { 9 # Q
  H  כ Ü ¼– Ð [ O

" î ½ + É Ã º e ”  .

s

 © œ_  # Œl ï  r0 Af  ¨ à º\  ¦ t   H s  F  g   f  ¨ à ºõ & ñ “ É r Fig. 3 õ  ° ú  “ É r ì  r  _  5ï  r0 A \  -t  — ¸4 S q`  ¦ & ñ # Œ [ O

" î ½ + É Ã º e ”  . s  F  g   f  ¨ à º\  _ K  # Œl   ) a ì  r    H ï  r î

ß –& ñ & h  ï  r0 A 2\  { 9 & ñ r ç ß – QÓ ü t >  ÷ &“ ¦, Y Us $  ` O Û ¼_  U

 ´s  Ø  æì  r y  U  ´ €  , ï  r0 A 2_  x 9 • ¸(population)  7 £ x

 >  ÷ &# Q  © œ0 A ï  r0 A(ï  r0 A 3)– Ð_  # Œl ï  r0 A f  ¨ à º  0

p

x >  ÷ &# Q  A  d ”  (1)õ  ° ú  s  q ‚  + þ A f  ¨ à º  H 7 £ x   ) a



.

dI

dz = −βI ² − σ ESA N ₂ I (1)

Fig. 3. 5-level energy model.

#

Œl " f z  H y n C_  r « Ñ ? / „     o , I  H y n C_  6 f• ¸, ⍠ H TPA > à º, σ ^ESA   H ESA é ß –€  & h s  . ESA  H ï  r0 A 2_  x 9

• ¸ N ² \  q Y V  9, N ² _     o  H Ö  ¦~ ½ Ó& ñ d ”  dN 2

dt = βI ²

2~ω − σ ESA N 2 I

~ω − t

τ (2)

–

Ð ¬ ¹   ) a  . # Œl " f ω  H { 9   F  g_  y Œ • ”  1 l x à º, τ   H # Œl  ï

 r0 A_  à º" î s  . @ / Òì  r_  Ä »l ì  r  \ " f ï  r0 A 3Ü ¼– Ð # Œ l

  ) a ì  r    H   É r r ç ß – ? /\  ï  r0 A 2– Ð  r  [  t  š ¸>  ÷ &

Ù

¼– Ð [14] d ”  (2)_  ¿ º   P : † ½ Ó`  ¦ Á ºr  “ ¦ K \  ¦ ½ ¨ €  

N ₂ = βI ² τ

2~ω [1 − exp(−t/τ )] (3)

  ) a   [15]. { 9   F  g_  [ jl  & 4 R # Œl ï  r0 A x 9 • ¸ N ²  Ø

 æì  r y  & t €   d ”  (1)\ " f ESA TPA\  ¦ 0 p x  >  ÷ & 9, s

  â Ä º { 9   F  g \  @ /ô  Ç È Òõ F  g_     o\  ¦ í  H à ºô  Ç TPA õ 

&

ñ Ü ¼– Ð [ O " î ½ + É Ã º \ O >   ) a  .

Fig. 4  H d ”  (1)`  ¦ s 6   x # Œ í  H à ºô  Ç TPAü < ESA\  ¦ Ÿ í

† <

Êô  Ç q ‚  + þ A f  ¨ à ºõ & ñ _  { 9 ì ø Í& h “    1 l x`  ¦ q “ § # Œ ˜ Ð

€

Œ ¤ . Õ ªA á Ô (a)  H í  H à ºô  Ç TPA õ & ñ `  ¦
  · p  כ s “ ¦ Õ

ªA á Ô (b)  H ESA\  ¦ t   H  â Ä ºs  . { 9   F  g_  [ jl 

&

f ” \     (b)_   â Ä º È Òõ  Ÿ í o÷ &# Q (a)ü <  H   É r

€

ª œ © œ`  ¦ ˜ Ðe ” `  ¦ S X ‰ “  ½ + É Ã º e ” % 3  .

d ”

 (3)\  _  €   # Œl ï  r0 A f  ¨ à º  H { 9   F  g_  [ jl ÷  rë ß –



m   # Œl ï  r0 A_  r ç ß –& h   1 l x \  % ò † ¾ Ó`  ¦ ~ à Î>  ÷ &  H X <,

Fig. 4. Comparison of two photon absorption without

(a) and with (b) ESA.

#

Œl ï  r0 A à º" î \  q K  ` O Û ¼ ; Ÿ ¤ s  ß ¼€   # Œl ï  r0 A_  x 9 • ¸



 H Ÿ í o÷ &# Q N ² ≈ ^βI _2~ω

²

^τ   ) a  .  ú ª“ É r ` O Û ¼_   â Ä º, y n C`  ¦

›

¸    H 1 l xî ß – # Œl ï  r0 A x 9 • ¸ ‚  + þ A& h Ü ¼– Ð & 4 R   H  

&

h Ü ¼– Ð N ² ≈ ^βI _4~ω

²

^τ

^p

– Ð
 è ­ q à º e ” Ü ¼ 9 s  M : τ ^p   H Y Us 

$

 ` O Û ¼ ; Ÿ ¤ s  . s % ƒ! 3  ESA_  ß ¼l   H # Œl ï  r0 A_  à º" î õ

 Y Us $  ` O Û ¼_  ; Ÿ ¤ \  _ K    & ñ  ) a  .

ESA_  l # Œ\  ¦ & ñ | ¾ Ó& h Ü ¼– Ð s K  l  0 AK  35 ps ` O Û ¼ _

 BBO-OPG/A\  ¦ s 6   x # Œ pump-probe ~ ½ ÓZ O Ü ¼– Ð ESA Û

¼& 7 ˜à Ô! 3 õ  # Œl ï  r0 A_  à º" î `  ¦ 8 £ ¤& ñ % i  . Fig. 5  H y Œ • r

« Ñ_  # Œl ï  r0 A f  ¨ à º Û ¼& 7 ˜à Ô! 3 s  . — ¸Ž  H r « э  H €  • 700 nm s  © œ_    © œ\ " f B Ä º V , “ É r Û ¼& 7 ˜à Ô! 3  ; Ÿ ¤`  ¦ 4 R s  F 

g   f  ¨ à º / B N" î   © œ\ " f• ¸  H ESA\  ¦ f ” `  ¦ S X ‰ “  ½ + É Ã º e ”

% 3  .  ú ª“ É r   © œ% ò % i \ " f  H(<∼700 nm) ESA 6 £ §_ 

° ú

כ`  ¦ 4 R + þ AF  g \  _ ô  Ç s 1 p q‰ & ³ © œ`  ¦ ˜ Ð% i  .

Fig. 6“ É r y Œ • r « Ñ_  # Œl ï  r0 A_  r ç ß –& h   1 l x s  . r « Ñ _  # Œl ï  r0 A  H t à º& h Ü ¼– Ð y Œ ™™ è  9 ns ˜ Ð   ú ª“ É r # Œl  ï

 r0 A à º" î `  ¦ & ’  . s  Qô  Ç   õ   H 7 ns ` O Û ¼\ " f ESA

\

 ¦
 ? /l \  Ø  æì  rô  Ç › ¸| s  .

Fig. 5. ESA of molecules (T 0 : linear transmission, ∆T

= T - T 0 where T is transmission with pump).

Fig. 6. Transients of excited states (solid line is the shape of pump pulse).

Table 2. ESA cross-sections and life times.

σ(35 ps-pulse) r

« Ñ ( ×10

⁻⁴⁶

cm

⁴

s/photon) τ (ns) σ

ESA

( ×10

⁻¹⁸

cm

²

)

CZ-DTT-CZ 0.5 0.95 6.9

TP-DTT-TP 2.1 0.59 2.8

TP-Flu-TP 1.1 0.5 0.6

s

 © œ_  8 £ ¤& ñ   õ   H Table 2 \  & ñ o  % i Ü ¼ 9 5ï  r0 A — ¸ 4

S q\  ï  r # Œ & ñ | ¾ Ó& h Ü ¼– Ð [ O " î ½ + É Ã º e ” % 3  . 35 ps ` O Û ¼  H

#

Œl ï  r0 Aà º" î \  q K  B Ä º  ú ª“ É r r ç ß –s Ù ¼– Ð ESA \ O 



 H í  H à ºô  Ç TPA õ & ñ Ü ¼– Ð & ñ €  , s  M : 8 £ ¤& ñ ô  Ç s  F  g



 f  ¨ à º> à º ° ú כ`  ¦ í  H à ºô  Ç TPA > à º  ½ + É Ã º e ”  . ô  Ǽ # , 7 ns ` O Û ¼– Ð 8 £ ¤& ñ ô  Ç q ‚  + þ A f  ¨ à º_    õ   H ESA\  ¦ Ÿ í† < Ê ô 

Ç õ & ñ Ü ¼– Ð K $ 3  # Œ Fig. 2_  (a)\  ¦ d ”  (1)– Ð fitting 

€ 

 # Œl ï  r0 A f  ¨ à ºé ß –€  & h  ESA\  ¦ ½ ¨½ + É Ã º e ”  . s  © œ_     õ

\  ¦  r  d ”  (1)õ  (3)\  & h 6   x # Œ ˜ Ѐ   ps ` O Û ¼_   â Ä º z 

´+ « >\   6   x ) a ` O Û ¼_  \  -t  # 3 0 A ? /\ " f ESA\  _ ô  Ç

†

½ Ós   © œ{ © œy   Œ •  Á ºr K • ¸ a % ~`  ¦ ë ß –    H  כ `  ¦ S X ‰ “  ½ + É Ã

º e ”  . ¢ ¸ô  Ç CZ-DTT-CZ_   â Ä º B Ä º |   # Œl ï  r0 A à º

"

î õ  f  ¨ à º é ß –€  & h `  ¦ 4 R # Œl ï  r0 A f  ¨ à º B Ä º ´ òõ & h  Ü

¼– Ð { 9 # Q
 ns-` O Û ¼\ " f  H q ‚  + þ A f  ¨ à º\  ¦ t >  ÷ &  H õ

& ñ `  ¦ ¸ ú ˜ [ O " î ½ + É Ã º e ” % 3  .

s

 © œ_    õ \ " f ¶ ú ˜( R‘ : r  ü < ° ú  s  ` O Û ¼_  ; Ÿ ¤ s  " f– Ð



 É r ¿ º Y Us $ \ " f q ‚  + þ A f  ¨ à º\  ¦ 8 £ ¤& ñ # Œ q “ §   H

 כ

“ É r Ä »l Ó ü t ì  r  _  q ‚  + þ A f  ¨ à ºõ & ñ `  ¦ s K    H B Ä º Ä

»6   xô  Ç ~ ½ ÓZ O e ” `  ¦ · ú ˜ à º e ”  . ¢ ¸ô  Ç ì  r  _  5ï  r0 A \  -t 

—

¸4 S q“ É r # Œl ï  r0 A f  ¨ à º\  ¦ t   H q ‚  + þ A f  ¨ à ºõ & ñ `  ¦ [ O 

"

î   H & h ] X ô  Ç — ¸+ þ Ae ” `  ¦ S X ‰ “  ½ + É Ã º e ” % 3  .

Õ

ª Q
 ps ` O Û ¼\ " f s  F  g   f  ¨ à º é ß –€  & h `  ¦ ½ ¨   H  כ

“ É

r  A _  ô  Ç ¿ º t  ë  H ] j& h `  ¦ t “ ¦ e ”  . 7 £ ¤, ps ` O  Û

¼\ " f_  q ‚  + þ A f  ¨ à ºõ & ñ `  ¦ í  H à ºô  Ç TPA õ & ñ Ü ¼– Ð 

&

ñ % i Ü ¼
 ESA  H  â Ä º(CZ-DTT-CZ_   â Ä º), 35 ps

` O

Û ¼\ " f• ¸ 20 % & ñ • ¸_  ESA\  ¦ ˜ Ð# Œ í  H à ºô  Ç s  F  g   f  ¨ Ã

º õ & ñ Ü ¼– Ð ˜ Ðl \   H Á ºo  e ”  . ¢ ¸ô  Ç — ¸Ž  H q ‚  + þ A f  ¨ Ã

ºõ & ñ `  ¦ ESA\  ¦ 1 l xì ø Í   H TPA f  ¨ à º õ & ñ Ü ¼– Ð [ O " î Ù þ ¡ Ü

¼
 { 9   F  g_  [ jl  & | 9   â Ä º s  F  g  ˜ Ð  Z  }“ É r à º _  q ‚  + þ A$ í “     F  g   f  ¨ à º\  ¦ “ ¦ 9K  ë ß – ½ + É  כ s  . : £ ¤ y

  Œ ™F  g   f  ¨ à º_   â Ä º ‰ & ³ © œ : r& h Ü ¼– Ð TPA\  _ K  Ä »• ¸

 )

a ESA ü < ½ ¨ì  r l  # Q 90 > s \  @ /ô  Ç ƒ  ½ ¨• ¸ † < Êa  ”  ' Ÿ 

÷

&# Q  ½ + É  כ s  . s  Qô  Ç ë  H ] j& h `  ¦ ”     8 • ¸ ‘ : r

ƒ 

½ ¨\ " f 8 £ ¤& ñ ô  Ç y n C_  [ jl  # 3 0 A ? /\ " f(<à º GW/cm ² )

` O

Û ¼ ; Ÿ ¤ s  " f– Ð   É r ¿ º Y Us $ – Ð q ‚  + þ A f  ¨ à ºõ & ñ `  ¦ q 

“

§ “ ¦ # Œl ï  r0 A_  r ç ß –& h   1 l x`  ¦ 8 £ ¤& ñ   H  כ “ É r r « Ñ _  q ‚  + þ A f  ¨ à ºõ & ñ `  ¦ s K    H B Ä º Ä »6   xô  Ç ~ ½ ÓZ O e ” `  ¦

·

ú ˜ à º e ” % 3  .

IV. + s Ç Â ] Ø

‘

: r ƒ  ½ ¨\ " f  H D-π-D_  @ /g A+ þ A ½ ¨› ¸\  ¦ t   H Ä »l ì  r



\ " f q ‚  + þ A f  ¨ à º õ & ñ `  ¦ › ¸  # Œ q “ § % i  . ` O Û ¼

;

Ÿ

¤ s  " f– Ð   É r ¿ º Y Us $ – Ð r « Ñ_  q ‚  + þ A f  ¨ à º\  ¦ 8 £ ¤& ñ

% i Ü ¼ 9, pump-probe ~ ½ ÓZ O Ü ¼– Ð # Œl ï  r0 A_  r ç ß –& h    1

l

x õ  f  ¨ à º Û ¼& 7 ˜à Ô! 3 `  ¦ 8 £ ¤& ñ % i  . s  © œ_    õ \  ¦ ì  r   _

 5ï  r0 A \  -t  — ¸4 S q`  ¦ & ñ # Œ r « Ñ_  q ‚  + þ A f  ¨ à º õ

& ñ `  ¦ # Œl ï  r0 A f  ¨ à º\  ¦ 1 l xì ø Í   H s  F  g   f  ¨ à ºõ & ñ Ü ¼– Ð [ O

" î % i Ü ¼ 9 # Œl ï  r0 A f  ¨ à º_  l # Œ\  ¦ & ñ | ¾ Ó& h Ü ¼– Ð [ O " î

½ +

É Ã º e ” % 3  .

TP-DTT-TP_   â Ä º, B Ä º Z  }“ É r q ‚  + þ A f  ¨ à º\  ¦ ˜ Ð# Œ F 

g [ jl  ] jô  Ç ™ è  1 p x \  6 £ x6   x 0 p x$ í `  ¦
 ? /% 3   H X <, s  ì

 r    H Z  }“ É r s  F  g   f  ¨ à º é ß –€  & h `  ¦ | 9  ÷  rë ß –  m  (σ

= 2.1 × 10 ⁻⁴⁶ cm ⁴ /GW) 0.6 ns_  |   # Œl ï  r0 A à º" î `  ¦

4 R # Œl ï  r0 A f  ¨ à º\  _ ô  Ç l # Œ ¢ ¸ô  Ç ß ¼> 
 z Œ ¤ .

CZ-DTT-CZ_   â Ä º s  F  g   f  ¨ à º é ß –€  & h “ É r  © œ@ /& h Ü ¼– Ð



Œ

•€ Œ ¤Ü ¼
 |   # Œl ï  r0 A à º" î õ   H # Œl ï  r0 A f  ¨ à º é ß –€  & h 

`

 ¦ 4 R # Œl ï  r0 A f  ¨ à º_  l # Œ  8¹ ¡ ¤ ß ¼> 
 z Œ ¤ .

‘

: r ƒ  ½ ¨\ " f  6   x ) a ] X   H ~ ½ ÓZ O “ É r   É r Ä »l ì  r  _  q ‚   + þ

A f  ¨ à ºõ & ñ `  ¦ s K    H X < Ä »6   x >   6   x| ¨ c  כ s  9 ¢ ¸ ô 

Ç Z  }“ É r q ‚  + þ A f  ¨ à º\  ¦ t   H Ä »l ì  r  \  ¦ [ O >    H X <

ß

¼>  l # Œ½ + É Ã º e ” `  ¦  כ Ü ¼– Ð Ò q ty Œ • ) a  .

P c

p 8 ý ò k >

‘

: r ƒ  ½ ¨  H ô  Dz D G õ † < ÆF é ß – 3 l q& h l œ íƒ  ½ ¨(R01-2000-000- 00013-0) t " é ¶ Ü ¼– Ð Ã º' Ÿ ÷ &% 3 6 £ §.

Y c

p w Š à U Ø ”  ô

[1] G. S. He, J. D. Bhawalkar, C. F. Zhao and P. N.

Prasad, Appl. Phys. Lett. 67, 2433 (1995).

[2] E. Ehrilich, X. L. Wu, L.-Y. Lee, Z.-Y. Hu, G.

R¨ ochel, S. R. Marder and J. Perry, Opt. Lett. 22, 1843 (1997).

[3] D. A. Parthenopoulos and P. M.Rentzepis, Science 245, 843 (1989).

[4] B. H. Cumpston, S. P. Ananthavel, S. Barlow, D. L.

Dyer, J. E. Ehrilich, L. L. Erskine, A. A. Heikal, S.

M. Kuebler, I.-Y. S. Lee, D. McCord-Maughon, H.

Qin, H. R ckel, M. Rumi, X.-L. Wu, S. R. Marder and J. W. Perry, Nature 398, 51 (1999).

[5] W. Denk, H. H. Strickler and W. W. Webb, Science 248, 73 (1990).

[6] M. Albota, D. Beljone, J.-L. Br das, J. E. Ehrlich, J.-L. Br das, J.-Y. Fu, A. A. Heikal, S. E. Hess, T. Kogej, M. D. Levin, S. R. Marder, D. McCord- Maughon, J. W. Perry, H. R¨ ochel, M. Rumi, G.

Subramaniam and W. W. Webb, Science 281, 1653 (1998).

[7] M. Cha, N. S. Sariciftci, A. J. Heeger and J. C.

Hummelen, Appl. Phys. Lett. 67, 3850 (1995).

[8] M. Cha, Third order nonlinear optical spectroscopy of organic materials (Ph. D. dissertation, Univer- sity of Central Florida, 1994), Chap. 4 ; A. A. Said, C. Wamsley, D. J. Hagan, E. W. Van Stryland, B.

A. Reinhardt, P. Roderer and A. G. Dillard, Chem.

Phys. Lett. 228, 646 (1994).

[9] O.-K. Lee, K.-S. Lee, H. Y. Woo, K.-S. Kim, G. S.

He, J. Swiatkiewicz and P. N. Prasad, Chem, Mater.

12, 284 (2000).

[10] H. Choi, M. Cha, J.-H. Lee and K.-S. Lee, ICONO 2002 Proc. PS20 (2002).

[11] H. Choi, M. Cha, H.-K. Yang and K.-S. Lee, unpub- lished results.

[12] K.-S. Lee, J.-H. Lee, K.-S. Kim, H.-Y. Woo, O.-K.

Kim, H. Choi, M. Cha, G. S. He, J. Swiatkiewcz, P. N. Prasad, M.-A. Chun and S.-D. Jung, Nonlin.

Opt. 27, 87 (2001).

[13] Y. Luo, P. Macak, P. Norman, C.-K. Wang, H.

˚ Agren, Nonlin.Opt. 27, 33 (2001).

[14] S. Hughes and B. Wherrett, Phys. Rev. 54, 3546 (1996).

[15] J. Swiatkiewicz, P. N. Prasad and B. A. Reinhardt,

Opt. Comm., 157, 135 (1998).

Nonlinear Absorption in Organic Chromophores with π-Centers

Haeyoung Choi, Kwanghee Lee and Myoungsik Cha ^∗ Department of Physics, Pusan National University, Busan 609-735

Hyun-Kwan Yang and Kwang-Sup Lee ^†

Department of Polymer Science and Engineering, Hannam University, Daejon 306-791 (Received 28 October 2003)

We investigated nonlinear absorption processes in organic chromophores with thiophene and fluorene À-centers. Laser pulses with durations of 7 ns and 35 ps were used to measure and compare the nonlinear absorption processes. Based on a five level model for the molecules, we observed a much larger nonlinear absorption for the 7 ns pulse, which could be interpreted as being due to a two-photon absorption followed by an excited state absorption, We verified that the strength of the nonlinear absorption increased not only with the two-photon absorption coefficient but also with the lifetime of the excited state.

PACS numbers: 42

Keywords: Two-photon absorption, Nonlinear absorption, Excited state absorption, Nonlinear organic chro-

mophore, Two-photon fluorescence