双层级联光限幅器制造技术

一种多层级联的光限幅器，由单壁碳纳米管的二甲基甲酰胺分散液和锌酞菁的二甲基甲酰胺溶液承载其的双层空腔透明容器组成。通过调节非线性介质排列顺序、浓度等可以实现光限幅曲线的调节。本发明专利技术可以应用于激光防护领域，保护人体或者传感器免受强光损害。

【技术实现步骤摘要】
双层级联光限幅器
本专利技术涉及光限幅器，特别是一种双层级联光限幅器
技术介绍
激光由于其高强度、相干性、准直性等优点在制造、医药、科技、安全领域发挥着越来越重要的作用。然而，激光也是一种危险的光源，对敏感光学器件、人眼、皮肤等具有毁灭性的破坏作用，因此如何加强激光的使用安全成为目前人们关注的热点。为了有效控制激光投射的能量密度，人们提出光限幅器(Optical limiter)的概念，具有高光能量密度下光学透过率低，低光能量密度下透过率高的特性。这种器件允许低于预设光强的光束通过，但当光强高于预设时光限幅器件将阻挡光束的通过，从而避免其后的目标物体受到过高能量激光的损害。光限幅器件可以用于光学传感器的保护，激光实验室人眼的安全防护等，具有广泛的应用前景。近年来，人们为了制作能够实际应用的光限幅器，在寻找非线性响应强、响应光谱宽的材料方面做出了大量的努力。目前用于光限幅器的非线性光学材料按非线性消光机理大致可分为非线性散射(NLS)和反饱和吸收(RSA)等几类。前者如碳纳米管，石墨烯等，是目前非常具有代表性的非线性散射材料。相关文献如发表在SCI期刊《Carbon》的《Carbonnanotubes for optical limiting》(2002 年第 10 期 40 卷，1789 - 1797 页)，其中提出了基于碳纳米管分散液的光限幅装置，并使用z扫描和泵浦-探测方法做详细的性能表征；以及美国专利《BROADBAND OPTICAL LIMITER BASED ON NANO-GRAPHENE AND METHOD OFFABRICATING SAME》(编号:US20110304934A1)中提到的基于单层、寡层石墨烯及纳米金颗粒分散液的光限幅器。以上基于非线性散射的光限幅器具有较强的非线性响应，能够工作在紫外到红外的宽广波段；并且新型纳米材料相比传统的炭黑悬浮液不易团聚，装置的稳定性有了较大的提高。然而，由于非线性散射的机理所限，这些单一机理的简单装置只能对热效应显著的激光(纳秒或更长的脉宽)有明显响应，而对超短脉冲(皮秒及以下)响应很弱甚至无光限幅作用，实际应用中受到限制。后者如发表在SCI杂志《Advanced Materials))的《Molecular Engineering of Peripherally And Axially Modified Phthalocyanines》(2003 年 3 月第 15 期，22-32 页)以及发表在《Synthetic Metals))的《Porphyrins andphthalocyanines as materials for optical limiting〉〉(2004 年第 3 期 141 卷，231-243页)，文中所研究的酞菁、叶啉及其金属衍生物是典型的非线性吸收材料，有很大的非线性吸收系数和很快的响应时间，能够用于超短脉冲的激光防护。然而，非线性吸收材料依赖于分子的能级间跃迁，工作波长一般较窄，如酞菁工作在在可见光波段(420nm?650nm)，不能单独用来制造宽带的光限幅器。以上单一材料单一体系的共性还在于，光限幅的特性由材料本身的特性决定，这样就大大的限制了调节的空间。而实际应用中，目标允许的光强照射是不确定的。为了弥补单一材料单一机制的缺点，人们还研究了两种不同非线性材料的共轭和非共辄混合。在《Advanced Materials))中《Enhanced Optical Limiting Effects inPorphyrin-Covalently Functionalized Single-ffalled Carbon Nanotubes〉〉(2008 年 20期，511 - 515 页)和〈〈Chemical Physic letters〉〉中〈〈Linear and nonlinear spectroscopicstudies of phthalocyanine-carbon nanotube blends》(2008 年 465 期，265-271 页)，口卜啉功能化的碳纳米管溶液(共轭混合)和碳纳米管酞菁混合液(非共轭混合)的非线性性质分别做了表征。卟啉功能化的碳纳米管由于电子在卟啉分子和碳纳米管之间的转移作用，表现出较好的非线性性质。但这种方法制备复杂，需要精确的反应条件，所用的材料种类也受到限制。碳纳米管酞菁混合液(非共轭混合)虽然能实现部分的光限幅曲线调节，然而非线性测试表明其光限幅性能不佳，不能满足实际应用的要求。
技术实现思路
鉴于以上方法的缺点和不足，本专利技术提出一种双层级联光限幅器，该光限幅器能够调节光限幅曲线，可实现宽工作波段，宽响应时域。本专利技术的技术解决方案如下:一种双层级联光限幅器，包括非线性介质和承载该介质的透明容器，其特点在于:所述的透明容器内是相邻排列的双腔结构；所述的双腔内分别装有非线性散射材料和反转饱和吸收材料。所述的非线性散射材料是单壁碳纳米管在二甲基甲酰胺中的分散液。所述的反转饱和吸收材料为2，9，16，23-四叔丁基-29H，3IH-酞菁锌在二甲基甲酰胺中的溶液。所述的非线性介质的排列顺序根据需要排列。本专利技术与已有技术相比，具有以下优点:1、可以拓宽器件的工作范围。如若同时含有单壁碳纳米管有机分散液和锌酞菁溶液，则器件对紫外到近红外的宽波段，以及长脉冲到超短脉冲(PS)的宽时域激光都具有光限幅作用2、改变每层非线性介质的种类和材料浓度，可以实现光限幅曲线的调节。【附图说明】图1是本专利技术双层级联光限幅器的结构示意图图2是实验测量的光限幅器的有效非线性吸收系数和光强的关系，所述的光限幅器为包含单壁碳纳米管(SWNT)和锌酞菁(ZnPc)的双层光限幅器。图3是根据实验数据计算得到的光限幅器的光限幅曲线，即光透过率与入射光强的关系，所述的光限幅器与图2中相同，为包含单壁碳纳米管(SWNT)和锌酞菁(ZnPc)的双层光限幅器。图4是实验测量的光限幅器的光限幅曲线，即光透过率与入射光强的关系，所述的光限幅器为包含不同浓度的单壁碳纳米管分散液和锌酞菁溶液的双层光限幅器。【具体实施方式】下面结合附图和实例对本专利技术作进一步的说明，但这些说明不能被理解为限制了本专利技术的范围，本专利技术的保护范围由权利要求书限定，任何在本专利技术权利要求基础上的改动都是本专利技术的保护范围。先请参阅图1，图1是本专利技术双层级联光限幅器的结构示意图，图中，非线性介质I被装载在透明玻璃容器2内的腔中，腔的数目根据需要而定。本实施例说明，应用碳纳米管和锌酞菁两种材料可以组成双层级联光限幅器，通过改变浓度和每层介质的种类可以实现非线性响应的调节。本实施例所得的光限幅器性能测定使用开孔z扫描方法，实验用激光为532nm，6ns。该双层级联光限幅器的制备方法如下:(I)将碳纳米管(SWNT)粉末加入到二甲基甲酰胺(简称为DMF)中，初始浓度为0.05g/l。所得混合液用高能超声棒超声分散2min,然后放入超声池中超声4h,最后再用超声棒超声lmin。所得产物5500rpm离心90min,去除团聚物得到稳定不沉降的分散液,该分散液用DMF稀释到不同浓度备用。锌酞菁(2，9，16，23-四叔丁基_29H，31H-酞菁锌)同本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种双层级联光限幅器，包括非线性介质和承载该介质的透明容器，其特征在于：所述的透明容器内是相邻排列的双腔结构；所述的双腔内分别装有单壁碳纳米管在二甲基甲酰胺中的分散液和2,9,16,23?四叔丁基?29H,31H?酞菁锌在二甲基甲酰胺中的溶液。

【技术特征摘要】
1.一种双层级联光限幅器，包括非线性介质和承载该介质的透明容器，其特征在于:所述的透明容器内是相邻排列的双腔结构；所述的双腔内分别装有单壁碳纳米管在二甲基甲酰胺中的分散液...

【专利技术属性】
技术研发人员：王康鹏，王俊，张龙，程鑫，
申请(专利权)人：中国科学院上海光学精密机械研究所，
类型：发明
国别省市：