多壁碳纳米管光限幅特性的研究

用化学气相沉积法制备了多壁碳纳米管,并将其溶解在甲苯溶液中.用波长为1064nm的皮秒脉冲激光测量该样品的透过率,发现了非常明显的光限幅特性.当入射光强较小时,透射光强度随入射光强度的增大而增大,输出与输入为线性关系;随着入射光强的增大,透射光强增长的速度明显变慢,并逐渐趋于饱和.当入射光强度较小时,样品的透过率接近100%;而当入射光强为8GW/cm²时,非线性透过率达到30%.根据三光子吸收理论计算,理论拟合与实验结果非常符合,说明多壁碳纳米管的三光子吸收产生了光限幅效应.实验测 关键词： 多壁碳纳米管 光限幅 三光子吸收     

可溶性多壁碳纳米管光限幅机理研究

根据光限幅与Z扫描实验研究了可溶性多壁碳纳米管的光限幅机理.通过现象分析、数据处理以及类比研究,证实材料的光限幅特征符合非线性吸收效应.对厚样品的独特现象进行了解释,讨论了其他机理的影响.根据Z扫描公式,计算了实验材料的三阶非线性系数.通过分析证实了非线性吸收在可溶性多壁碳纳米管的光限幅中发挥着主要作用.对厚介质的特殊现象进行的分析和计算表明,对于较厚介质和激光连续加热的情况下,其他机理的影响并不能完全否定,其特殊现象可能与微气泡的气穴作用有关.     

重频激光对多壁碳纳米管悬浮液光限幅特性的影响研究

在激光以不同重复频率入射下,研究了直径分布为10～20 nm的多壁碳纳米管悬浮液对波长为1064 nm激光的光限幅效应,定性分析了不同重复频率激光对多壁碳纳米管悬浮液的光限幅影响。结果表明:碳纳米管悬浮液对波长为532 nm和1064 nm的激光都具有很强的光限幅响应;在多脉冲激光入射时,碳纳米管悬浮液的光限幅效应比单脉冲激光入射时更显著。     

可溶性碳纳米管Z扫描实验研究

以可溶性碳纳米管为研究对象,进行了Z扫描实验.实验中通过改变样品的参量,研究了材料在不同浓度和不同厚度下的Z扫描曲线特性;实验分别在532nm和1064nm的激光下进行,并分别进行了开孔和闭孔实验.材料的闭孔 Z扫描曲线没有明显的峰谷对称结构,而开孔Z扫描曲线呈现关于原点对称的单一谷形状,表明样品存在较强的非线性吸收效应,非线性吸收可能是其主要的光限幅机理.     

可溶性碳纳米管Z扫描实验研究

以可溶性碳纳米管为研究对象，进行了Z扫描实验.实验中通过改变样品的参量，研究了材料在不同浓度和不同厚度下的Z扫描曲线特性；实验分别在532nm和1064nm的激光下进行，并分别进行了开孔和闭孔实验.材料的闭孔Z扫描曲线没有明显的峰谷对称结构，而开孔Z扫描曲线呈现关于原点对称的单一谷形状，表明样品存在较强的非线性吸收效应，非线性吸收可能是其主要的光限幅机理.     

可溶性碳纳米管光限幅特性的实验研究

利用实验的方法研究了可溶性碳纳米管对波长为1064和532nm激光的光限幅效应.分析了在 不同的样品浓度、不同的样品厚度情况下可溶性碳纳米管的光限幅特性，并对溶剂也进行了 光限幅实验.实验结果表明，在各种情况下可溶性碳纳米管对1064和532nm激光具有较强的 光限幅特性. 关键词： 可溶性碳纳米管 光限幅效应 强激光防护     

多脉冲激光对碳纳米管悬浮液光限幅特性影响

利用实验的方法研究了碳纳米管悬浮液对脉宽8 ns,波长532 nm多脉冲激光的光限幅效应.分析了直径分布为10~20 nm的多壁碳纳米管悬浮液对重复频率分别为1 Hz、 3 Hz、 5 Hz、 10 Hz情况下532 nm激光的光限幅效应,分析计算了不同重复频率下碳纳米管悬浮液的限幅阈值,比较了不同焦距的透镜会聚入射光束情况下对碳纳米管悬浮液光限幅效果的影响.实验结果表明：碳纳米管悬浮液对不同重复频率的532 nm 激光都具有较强的光限幅特性;碳纳米管悬浮液对激光在不同重复频率入射情况下的光限幅阈值变化很大,当入射激光的重复频率为5 Hz时,碳纳米管悬浮液的光限幅阈值比单脉冲激光入射时的限幅阈值低了2倍,重复频率为10 Hz时的限幅阈值比单脉冲时的限幅阈值低了近3倍;碳纳米管在紧焦系统中的光限幅效果更好.     

碳纳米管悬浮液对532nm激光限幅机理的实验研究

通过光限幅、Z扫描、非线性吸收和散射能量分布实验,研究了碳纳米管悬浮液对532 nm激光的限幅机理以及样品厚度对光限幅机理的影响。结果表明:碳纳米管悬浮液的光限幅机理并非单纯的非线性散射,对低能量入射激光光限幅特性主要源于对入射激光的非线性吸收;对高能量入射激光,碳纳米管的吸收效应和它电离形成的微等离子体以及液体汽化所形成气泡散射效应的共同作用,使其具有较强的光限幅能力,对浓度一定的悬浮液,增加样品厚度虽然会增强其限幅效果,但却会减弱其非线性散射效应。     

碳纳米管悬浮液的光限幅特性实验研究

通过超声波降解法制备了多壁碳纳米管的水-表面活性剂悬浮液,测量了其对于1 064 nm,脉宽10 ns Nd:YAG调Q脉冲激光的光限幅曲线。实验发现：入射激光能量密度较低时,出射能量密度随入射能量密度的增加而线性增加;当入射能量密度为160 mJ/cm2时,出射能量不再线性增加并且逐渐趋近于光限幅器的嵌位输出值,约16 mJ,同时,对激光的透过率从71%下降到15%。通过Z扫描和探针光实验以及45°散射角下散射能量、散射率随入射激光能量变化曲线的测量,对碳纳米管悬浮液的光限幅机理进行了研究。结果表明：其限幅机理可能源于碳纳米管吸收激光能量后升华产生的膨胀的碳气泡对入射激光产生的非线性散射;另外,非线性折射对光限幅效果也有一定的作用。     

碳纳米管悬浮液的光限幅特性实验研究

 通过超声波降解法制备了多壁碳纳米管的水-表面活性剂悬浮液,测量了其对于1 064 nm,脉宽10 ns Nd:YAG调Q脉冲激光的光限幅曲线。实验发现：入射激光能量密度较低时,出射能量密度随入射能量密度的增加而线性增加;当入射能量密度为160 mJ/cm²时,出射能量不再线性增加并且逐渐趋近于光限幅器的嵌位输出值,约16 mJ,同时,对激光的透过率从71%下降到15%。通过Z扫描和探针光实验以及45°散射角下散射能量、散射率随入射激光能量变化曲线的测量,对碳纳米管悬浮液的光限幅机理进行了研究。结果表明：其限幅机理可能源于碳纳米管吸收激光能量后升华产生的膨胀的碳气泡对入射激光产生的非线性散射;另外,非线性折射对光限幅效果也有一定的作用。     

Optical Limiting Properties of Two Soluble Polymer/Multi-Walled Carbon Nanotube Composites

Two soluble polymer grafted multi-walled carbon nanotubes （MWNTs）, including poly（N-vinylcarbazole）-MWNTs and poly（methyl methacrylate）-MWNTs, are synthesized. Their nonlinear optical properties and opticaJ limiting （OL） performances are investigated by z-scan method with 527nm nanosecond laser pulses. These grafted MWNTs dissolved in chloroform show much better optical limiting performance than those of MWNTs and C60 in toluene solution. Nonlinear absorption and nonlinear scattering mechanism are taken into consideration for explaining the observed results. The comparison of the experimental results shows that nonlinear absorption is the dominant mechanism for OL performance of these new samples.     

Spectroscopic Properties and Three-photon Absorption Induced Optical Limiting of Series of Novel Nonlinear Chromophores

合成了三种新的具有D-π-D型分子结构和延伸共轭长度的非线性生色团,溶剂化显色分析显示由于跃迁时在基态和激发态之间有较大的偶极矩变化从而表现出较强的分子内对称电荷转移的性质.探讨了这些非线性生色团的基于三光子吸收的光限幅效应,在波长为、1064 nm的纳秒脉冲的作用下,呈现较大的三光子吸收系数,相应的生色团分子的三光子吸收截面高达10-74 cm6s2数量级.     

Optical limiting response by embedding copper phthalocyanine into polymer host

The multilayer film of PMMA containing mononuclear octakis(mercaptopropylisobutyl-POSS) substituted phthalocyaninato-copper (CuPc) was obtained by spin-coating on quartz substrate. The nonlinear absorption and optical limiting (OL) performance of CuPc have been described using the open-aperture Z-scan technique. The measurements were performed using collimated 4 ns pulses generated from a frequency-doubled Nd:YAG laser at 532 nm wavelength. The results indicate that CuPc/PMMA composite exhibits a much larger nonlinear absorption coefficient, a lower saturable fluence and a lower absorption cross-section ratio for optical limiting when compared to the same CuPc molecules in solution. No evidence of film fatigue or degradation was observed in the CuPc/PMMA film after numerous scans at varying laser intensity. This material is a good candidate for optical limiting applications.     

Optical limiting properties of zinc phthalocyanines in solution and solid PMMA composite films

The nonlinear absorption and optical limiting (OL) performance of tetra- and octasubstituted zinc phthalocyanine complexes were described in solution and in the solid state using the open-aperture Z-scan technique. The measurements were performed using collimated 4 ns pulses generated from a frequency-doubled Nd:YAG laser at 532 nm wavelength. The polymeric films exhibit a much larger effective nonlinear absorption coefficient in comparison with solution. However, the parameters of the ratio of the excited to ground state absorption cross section and energy-dependent saturation in solution are much better compared to properties in the polymeric film. In terms of the ratio of the excited to ground state absorption cross section, the peripherally substituted complexes show better OL performance than the non-peripherally substituted derivative.     

PEO接枝多壁碳纳米管的固体NMR研究

合成了一种聚氧乙烯（PEO）接枝多壁碳纳米管（MWNT）,利用固体NMR研究了接枝在MWNT表面的PEO链的聚集态结构. 实验观察到了MWNT的NMR信号, 并发现PEO的聚集态结构为非晶,这些现象说明PEO的醚氧原子中的n电子与MWNT上π体系中的电子之间存在着一种n-π相互作用,正是这种作用使得PEO不能结晶.     

氧化石墨烯-卟啉复合材料光限幅性能的理论研究

利用时域有限差分法数值求解速率-场强方程,研究了一系列共价连接的氧化石墨烯-卟啉复合材料在纳秒时域内的光限幅性质和双光子吸收. 计算结果表明,氧化石墨烯-卟啉复合分子与单独的卟啉分子相比展现出增强的光限幅效应,并且有着更大的双光子吸收截面.与之前得到的含重金属的卟啉分子具有更强非线性光学性质的结论不同,不含金属元素的卟啉分子与氧化石墨烯结合后展现出了更强的非线性光学性质. 理论计算的结果与实验测量符合较好. 此外,着重研究了介质的厚度和脉冲宽度对分子双光子吸收截面的影响. 结果表明,随着介质厚度的增加或者脉宽的变宽分子的动态双光子吸收截面增大.     

多壁碳纳米管太赫兹图谱研究

近年来碳纳米管是一个重要的研究领域,但研究重点主要是其电子、光学和机械等特性。尽管有关单壁碳纳米管的在远红外光谱已有诸多报道,但多壁碳纳米管这方面的研究却较少。试验采用太赫兹时域光谱系统对多壁碳纳米管进行表征,同时也用扫描电镜对其进行形貌检测和微区成分分析,以深入了解其特性。检测结果显示,在0.2～2.0 THz内,样品折射率随着频率的增加而减小,吸收系数却随着频率的增加而增加,并可以拟合斜率为1.92的直线;样品的内径为5～15 nm、外径为15～25 nm,且长度达到了微米级,样品含C量大约为94%,其他为O和Cl杂质元素。根据泰勒扩展式和麦克斯韦方程,得到了样品在该太赫兹频域内吸收的数学模型,该数学模型基本上与检测结果一致。该样品的太赫兹吸收特性主要取决于其化学组成和分子的大小,含C量不同的碳纳米管预示着具有不同的太赫兹图谱和独特的功能。