光合作用是自然界中所发现的最高效的光物理和光化学过程，其中的原初反应则是将太阳光能转化为化学能的重要过程，它涉及光能的捕获、进而传递到反应中心，以及由此引发的一系列能量传递和电子传递过程。近年来分子生物学、基因工程及点突变技术的快速发展，为人们揭示光合作用原初反应中的光物理、光化学机制奠定了重要的分子学基础。同时，超快激光光谱学技术的发展为人们研究原初反应中光诱导的一系列超快过程提供了极为重要的实验手段。因此，对光合作用过程中能量传递和电子转移机理的深入研究，不仅有助于对光合作用中光物理机制的深入理解，更重要的是对于人们在分子尺度上构筑分子电子器件，如光开关、晶体管、整流器等，及分子电子学的深入发展有着重要的理论和应用价值。目前研究的热点主要集中在人工设计合适的分子体系，通过引入媒介分子来实现对复合体系中能量和电子传递的控制。 卟啉基材料在自然界中分布广泛，性质稳定，其单体的光物理性质已经为人们所熟知，因此人工组装卟啉基超分子体系具有很好的理论和实验基础，也是引起人们广泛关注中的重要因素。 本文利用稳态/瞬态光谱技术和Z扫描技术研究了人工组装的卟啉基分子组装体系中的能量传递过程以及卟啉复合物的三阶非线性性质，所得到的主要结果如下： 1．在所研究的给体-桥联分子一受体(D-B-A)体系中，以锌卟啉(ZnP)作为能量给体，以除去共轭的苯桥(OB)、苯桥(BB)、萘桥(NB)，蒽桥(AB)作为桥联分子，铁卟啉(Fe(Cl)P)为能量受体，三个部分的分子是相对独立的生色团，其中桥联分子是给体与受体分子之间能量传递的媒介。通过对比，发现有桥联分子存在时体系中同时存在单线态和三线态的能量传递过程，并且随着桥的电子构型的不同，体系能量传递的速率也大不相同，从荧光谱中可以明显看出，随着桥电子构型的改变，体系的稳态荧光逐步淬灭。利用稳态和瞬态光谱技术研究了人工组装锌卟啉(ZnP)-桥-铁卟啉(Fe(Cl)P)超分子体系中给体三线态到受体的能量传递及其机制。结果表明体系中存在着由给体znP三线态向受体Fe(Cl)P的超快能量传递过程，以BB桥为例，在室温和低温下通过激发给体ZnP，其单线态的激发能经由系间窜越过程使其三线态布居，在受体Fe(Cl)P存在的情况下，位于给体三线态的激发能经由桥联分子B传递到受体Fe(Cl)P，室温下传递速率为7.2×10<5>秒<-1>。由于体系中给体到受体之间的空间距离约为2.5 nm，由D-A直接耦合引起的传递机制可以排除，由桥联分子媒介的超交换机制是该能量传递过程的主要物理机制。 2.用皮秒脉冲激光研究了两种具有双光子吸收效应的材料四苯基卟啉和烯基四苯基卟啉，发现它们具有明显的光限幅效应。通过拟合，得出其双光子吸收系数分别为：4.06×10<-20>cm<3>/W<2>和5.02×10<-20>cm<3>/W<2>，进而得到其双光子吸收截面分别为：7.85×10<-77>cm<6>s<2>和9.72×10<-77>cm<6>s<2>。其双光子荧光以及光限幅效应都很明显，适合应用于超快过程的光限幅。 3. 比较了取代基及引入金属离子对卟啉类化合物的线性和非线性效应的影响。给电子基团取代的卟啉化合物较苯基卟啉吸收和荧光峰均有红移，三阶非线性效应增强。实验中观察到样品在1064nm和532 nm激发下的非线性吸收现象，1064rim激发下归结为双光子吸收；532nm激发下归结为反饱和吸收，并计算出了相应的非线性吸收系数β和非线性折射率n<,2>，进而求得其三阶非线性极化率X<(3)。当在卟啉环中引入Zn<2+>，形成金属配合物时，Zn<2+>嵌入后卟啉平面会有所突出，Zn<2+>自旋轨道耦合增强，减少了单重态驰豫时间，同时增加了三重态驰豫时间，使得金属卟啉配合物比相应的自由卟啉化合物有着更大的非线性折射率。 总之，本课题利用稳态/瞬态光谱技术和Z扫描技术研究了人工组装的卟啉基分子组装体系中的能量传递过程以及卟啉复合物的三阶非线性性质，本结果为深入研究光合作用系统、人工构筑光合复合体、太阳能电池及分子光电子器件，以及光限幅器件，波导电光调制器件，光信息存储元件的研究与设计提供了一些参考。