由于有机聚合物所表现出的高效光吸收特性以及手性旋光性质在手性传感过程,不对称合成,数据存储和光学显示器中的潜在应用,手性聚合物光学性质的研究目前受到了广泛关注。手性聚合物的原子排列具有非对称的特征,具有手性构象的原子排列无法与其镜像对称相重合。包括手性聚合物在内的手性材料均具有旋光性,例如天然存在的DNA,α-螺旋蛋白以及化学合成的螺旋聚乙炔,螺旋聚噻吩等。一方面,W.Moffit将激子理论用于研究α-螺旋多肽的光学性质,随后逐步完善了激子理论在手性螺旋分子的中的应用;I.Tonico和R.W.Woody将激子理论进一步应用于有限长度的螺旋聚合物,对吸收带附近的光吸收和偏振光旋转行为进行了研究。另一方面,考虑到有机共轭聚合物的强电声耦合特性。S.Phillpot和A.Bihsop采用能够表述强电声耦合特性的SSH模型,基于含时的半经典方法,求得了幅度呼吸子的吸收谱;K.Fesser,A.Bishop通过连续化的电声耦合模型对聚乙炔中极化子的光吸收进行了理论计算得到了极化子的特征吸收特征,这两个理论工作并未对聚合物链的手性螺旋构型加以考虑,所考虑的仅限于一维线性聚合物链。手性分子独特的几何构象—缺少结构反演对称性—使得分子内部形成了手性螺旋静电势。由电子的运动而引起的电子与手性静电势的相互作用项可以表述为Rashba自旋轨道耦合项,对于手性分子可以将其称之为手性诱导自旋轨道耦合。手性诱导自旋轨道耦合普遍用于手性诱导自旋选择效应的相关讨论,并作为这一现象出现的根本原因之一确定下来。有机手性分子其他物理特性的讨论中还没有引入手性诱导自旋轨道耦合这一作用机制。手性诱导自旋轨道耦合不仅能够引起光吸收物理过程中跃迁频率的改变从而导致吸收峰的劈裂,同时也将圆二色性的讨论扩展至自旋自由度。手性诱导的自旋轨道耦合与手性分子的形貌以及几何结构直接相关。因此,手性诱导自旋轨道耦合具有几何结构相关性,这意味着手性聚合物的光学物理特性不但与自旋轨道耦合强度有关而且将会受到手性分子构型的影响。本论文基于SSH模型以及半经典的光致跃迁理论,考虑手性分子中固有的手性诱导自旋轨道耦合,理论模拟了手性诱导自旋轨道耦合对于手性螺旋聚合物光吸收以及圆二色性的影响。本论文具体研究内容如下:1.基于紧束缚SSH模型和半经典的光吸收理论,探讨手性诱导自旋轨道耦合对于光吸收特性的影响。手性诱导自旋轨道耦合与电子动量以及自旋的三个空间分量相关,由此能够引起电子定态能级的劈裂以及电子波函数的自旋混合。手性诱导自旋轨道耦合源于手性螺旋静电场中线动量与自旋的耦合,手性诱导自旋轨道耦合与手性分子的几何构型直接相关。因此,可以通过调节手性分子的结构实现对自旋轨道耦合强度、能级劈裂程度以及自旋混合程度的调控。由手性诱导自旋轨道耦合所引起的吸收峰劈裂正比于自旋轨道耦合强度。此外,吸收峰的劈裂同样与手性参量—螺旋抬角θ、相邻格点间的扭角φ—有关。对于同样的自旋轨道耦合强度,降低抬角θ能够引起更加明显的能级劈裂即吸收峰的劈裂,但波函数的自旋混合会相应地降低;增大抬角则相反。扭角φ的变化对于吸收峰的劈裂影响极小,这与螺旋的周期性结构相关。2.手性螺旋有机分子中,圆二色性由轨道磁矩与自旋磁矩共同决定。不考虑手性诱导自旋轨道耦合时,手性分子圆二色性仅由电子的轨道运动决定,自旋的考虑与否并无影响。手性诱导自旋轨道耦合引起了波函数的自旋混合,自旋对于圆二色性的贡献不再为0,不可忽略。由于波函数的归一化以及自旋磁矩确定的强度系数,自旋磁偶极跃迁矩阵元主要取决于自旋混合程度,自旋混合程度的增强可以通过增大自旋轨道耦合强度或降低螺旋抬角θ实现。螺旋抬角θ不仅是手性诱导自旋轨道耦合的手性参量还同时是螺旋聚合物的几何构型参量,改变抬角θ不仅能够引起自旋磁偶极跃迁矩阵元的变化,还能够同时改变偶极跃迁矩阵元以及轨道磁偶极跃迁矩阵元。因此,抬角θ改变所带来的圆二色性的强度变化是偶极跃迁矩阵元与磁偶极跃迁矩阵元协同作用的结果。自旋相关圆二色性在强自旋轨道耦合的低聚物中表现的更加明显,与轨道圆二色性在强度上是可比的。3.对于具有螺旋结构的手性分子而言,链长的变化能够改变能级密度这与螺旋构型无关;链长的变化能够改变分子轨道的轨道角动量,这决定于手性螺旋结构。轨道磁矩正比于轨道角动量,由此,轨道相关圆二色性的强度表现出随链长的增加而增大的趋势,这种趋势具有频率相关性。随着链长的增加,自旋相关圆二色性会表现出更加密集的分布,这是由能级密度的增加所决定的,但强度并不会发生明显变化。