碳纳米管在光限幅中的应用

描述了碳纳米管的结构、特点和应用,介绍了碳纳米管光限幅的效果以及研究进展．并讨论了碳纳米管材料应用于光限幅器件的实现形式及其发展前景。     

碳纳米颗粒悬浮液光限幅性能理论分析和数值模拟

碳纳米颗粒悬浮液作为一种宽带光限幅材料,在光限幅领域有很好的应用前景。为提高碳纳米颗粒悬浮液的光限幅性能,研究了其光限幅机理。基于等效球的米氏散射理论和介质的激光传输理论,在忽略多重散射情况下建立了碳纳米颗粒悬浮液散射系数和透过率理论模型。采用Matlab数值模拟了微气泡膨胀过程中微气泡的散射、消光和吸收效率因子的变化情况和散射光强随着散射角的变化规律,并研究了微气泡尺寸和悬浮液浓度对碳纳米颗粒悬浮液光散射的影响,样品厚度和悬浮液浓度对光限幅特性的影响。研究发现微气泡尺寸的增加可以显著增大散射系数,微气泡尺寸是影响碳纳米颗粒悬浮液光限幅性能的关键因素,研究结果为实验研究提供了理论指导。     

非线性光限幅材料的研究进展

通过对线性、非线性以及相变激光防护材料性能的简要比较,综合分析半导体材料、金属酞菁类化合物、C60及其衍生物、无机金属团簇化合物及碳纳米管材料的光限幅特性.基于碳纳米管材料具有限幅阈值低、限幅波段宽、响应时间短等优势,进一步论述了其在光限幅应用中的研究进展,指出该光限幅材料在材料化及器件化方面需要更深入的探索,以期能够更好地用于光限幅领域.     

非线性光栅自调制光限幅器件研究

研制出一种三角槽型透明高分子聚合物光栅与该聚合物平板间填充有机非线性光学液体的夹层结构器件，具有非线性自调制光限幅功能。实验测得该器件对较弱的532nm波长的YAG倍频激光透过率大于60％。对较强激光透过率小于2％～3％。理论预期在激光波长400-700nm都有光限幅特性。且愈靠近532nm波长。激光限幅功能愈强。首次从实验上验证了该非线性光栅具有自适应宽带光限幅的功能。它不仅可以实现可调谐光限幅。且对所设计的激光波长，达到能量低于人眼安全阈值的高效激光防护成为可能。     

受激布里渊散射的空间光限幅效应的数值研究

采用布里渊噪声起源模型求解受激布里渊散射瞬态耦合波方程,数值模拟了截面光强为高斯分布的光束通过布里渊介质后的光强分布。结果表明,透射光束截面光强呈现出近似平顶的超高斯分布,光强峰值被限制,显示出受激布里渊散射的空间光限幅效应。当改变相互作用长度或者介质增益系数,即可以改变受激布里渊散射的产生阈值,进而改变输出脉冲空间限幅的幅值。     

光限幅技术新进展

光限幅技术是基于非线性光学原理实现激光防护的技术。概述了光限幅基本原理,总结了光限幅技术的发展,比较分析各种光限幅效应与光限幅材料的优劣,介绍了光限幅材料新进展。     

酞菁类光限幅功能材料

酞菁及其衍生物是一类能在相当宽的紫外可见吸收光谱范围内通过激发态吸收过程限制纳秒激光脉冲强度的理想光限幅材料之一,可以保护人眼、光学仪器、传感器等免受激光损伤.由于酞菁分子结构的灵活性,可以在很大程度上通过结构设计或修饰来调节其光限幅响应能力.对酞菁进行轴向取代修饰能有效地防止材料聚集行为,增强材料的非线性光学和光限幅能力.这类酞菁的纳秒非线性吸收和光限幅行为主要取决于电子吸收谱中位于Q-带和B-带之间的激发态吸收性能.着重介绍了近年来基于可溶性轴向和侧基取代的酞菁及其衍生物的光限幅功能材料研究的最新进展.     

单模光纤中受激布里渊散射对纳秒激光脉冲的光限幅特性

采用 2m长 ,10 0 μm纤径单模光纤 ,研究了受激布里渊散射对纳秒激光脉冲的光限幅特性。从耦合波方程出发 ,利用计算机模拟了光纤中瞬态受激布里渊散射过程的光传输特性。理论模拟的能量及光强度的变化规律表明光纤系统对纳秒激光具有很好的光限幅特性。根据理论分析给出所讨论范围内的实验结果 ,实验结果证明此光学系统对纳秒激光脉冲具有光限幅特性及脉宽压缩特性 ,对于输入能量在 10 0～ 4 0 0 μJ变化的纳秒激光脉冲 ,给出输出能量稳定在 6 5～ 85 μJ范围内 ,与理论分析的结论符合得很好     

新型二维材料碳化钛纳米片光限幅特性研究

作为一类新型二维纳米材料,金属碳/氮化物纳米片（MXene）具有高的比表面积和电导率,以及组分、层数与厚度灵活可控的优点,在储能、催化、传感和光学等领域具有潜在应用价值。研究了一种MXene材料碳化钛（Ti3C2TX）纳米片分散液的非线性光学效应及其响应机制。发现Ti3C2TX纳米片分散液在532、1 064 nm纳秒脉冲激光作用下表现出优异的光限幅性能,其限幅阈值分别为0.14 J/cm2和0.12 J/cm2;通过测量非线性散射光强度随入射光功率密度的依赖关系,发现该材料光限幅响应机制主要起源于非线性光学散射效应。与传统的光限幅材料C60比较,该材料具有光限幅阈值低、响应波长范围宽等优点。     

Li-inserted carbon nanotube Raman scattering

The possibility of inserting lithium into single wall carbon nanotube bundles during the growth process is analyzed in this work by using the Raman technique as probe. The nanotubes were prepared by the arc discharge method by using catalysts prepared by mixing compounds containing lithium and as their counterpart, a similar mixture without this alkali-metal. The two pair of samples studied in this work were obtained with the following catalysts: (i) Li₂CO₃/NiO/CoO and NiO/CoO; or (ii) LiCo_0.5Ni_0.5O₂ and Ni/Co. Raman spectra reveal that the tangential bands profiles of the samples prepared with the catalyst containing lithium is considerably modified in both cases. In the case of the carbon nanotubes obtained using the LiCo_0.5Ni_0.5O₂ catalyst a down shift and severe broadening are observed in addition. Comparison of our results with those published previously for alkali-metals doped single wall carbon nanotubes allowed to conclude that lithium incorporation, actually, occurs during the growth process.     

碳纳米管冷阴极电子枪的电子光学设计

基于皮尔斯电子枪设计理论,提出了一种碳纳米管场致发射阴极电子枪的电子光学设计方案。电子枪阴极半径为0.5 mm,保持阴阳极电压不变,动态调整栅极电压,并利用计算机技术仿真软件（CST）对其进行仿真优化研究;结果表明,栅极最佳电压值为-14 kV,对应阴极发射电流为15.08 mA,阳极处电子束半径约为0.1 mm。研究为碳纳米管冷阴极栅极结构的设计提供了一种新的思路。     

碳纳米管束/介质界面表面波激发与传输特性

基于表面等离子体波产生的物理机理和其新颖特性,设计出能够激发太赫兹表面等离子体波的两种圆柱体周期性光栅结构模型.通过研究周期性阵列结构中表面等离子体波的色散关系,理论预测了表面等离子体波的共振频率,并在仿真实验结果中得到验证.通过观察表面等离子波电场的变化,结合理论详细分析了界面处表面波随各因素的变化规律.研究结果表明,垂直结构的碳纳米管束半径为24 m,栅周期为95 m时,激发的表面等离子波最强;而对于水平结构,半径为25 m,栅周期为120 m时,所激发表面等离子波最强.其研究结果对利用等离子波探测THz信号和THz传感器的设计有重要指导意义.     

单壁碳纳米管薄膜制备及其光学特性研究

为了将单壁碳纳米管制成实际可用的光电子器件,采用一种新的梯度升温热亚胺化法来制备单壁碳纳米管/聚酰亚胺薄膜。利用分光光度计测得单壁碳纳米管的质量分数为0.02的单壁碳纳米管/聚酰亚胺薄膜的反射谱、透射谱和吸收谱,得到薄膜线性折射率随波长的变化;拟合Sellmeyer公式,得到单壁碳纳米管/聚酰亚胺薄膜的Sellmeyer参量。利用z扫描技术研究了单壁碳纳米管/聚酰亚胺薄膜的3阶非线性特性。结果表明,单壁碳纳米管/聚酰亚胺薄膜具有很强的饱和吸收特性,其非线性吸收系数为β=-5.3×10-10 cm/W;并且具有较强的自散焦效应,对应的非线性折射系数为γ=-4.1×10-13 cm2/W。单壁碳纳米管/聚酰亚胺薄膜具有较强的非线性光学特性。     

碳纳米管电极上的电化学行为分析

用化学方法对碳纳米管进行表面处理 ,用红外谱对处理后的碳纳米管进行表征 ,处理后的碳纳米管表面出现了活性功能团羧基。用这些碳纳米管制成电极 ,对Cd离子在硫酸钠中的电化学行为进行了分析。结果表明 ,从碳纳米管电极上可以观察到很好的、准可逆循环伏安图 ;在扫描速度为 10 0mV·s- 1时 ,氧化还原峰电位分别出现在 - 0 .6 5V和 - 0 .95V对照饱和甘汞电极(SCE)。峰电流与扫描速度的平方根成良好的线性关系 ,说明反应过程是由镉离子的扩散控制的。由循环伏安图相关的电位与扫描速度关系 ,我们导出了电子转移动力学速度参数。由于碳纳米管电极有很好的电化学活性和可重复性 ,它可以成为一种新型的分析电极材料     

Fabrication of nylon-6/carbon nanotube composites

A new technique to fabricate nylon-6/carbon nanotube (PA6/CNT) composites is presented. The method involves a pretreatment of carbon nanotubes synthesized by catalytic pyrolysis of hydrocarbon and an improved in-situ process for mixing nanotubes with the nylon 6 matrix. A good bond between carbon nanotubes and the nylon-6 matrix is obtained. Mechanical property measurements indicate that the tensile strength of PA6/CNT composites is improved significantly while the toughness and elongation are somewhat compromised. Scanning electron microscopy (SEM) analysis of the fractured tensile specimens reveals cracking initiated at the wrapping of the CNTs PA6 layer/PA6 matrix interface rather than at the PA6/CNT interface.     

Chemical vapor deposition synthesis of self-aligned carbon nanotube arrays

A procedure for producing arrays of self-aligned carbon nanotubes (CNTs) using standard chemical vapor deposition (CVD) is reported. Using UV photolithography, silicon substrates are patterned with a thin layer of thermally evaporated iron as a CNT catalyst. The CVD synthesis was carried out over a small temperature range (700°C–800°C) using acetylene and methane gasses, producing aligned CNT towers. Scanning electron microscopy (SEM) analysis shows a relationship between CNT tower height and synthesis time. Additionally, results show that impurity particles dramatically effect CNT tower growth. These results indicate that aligned CNTs can be produced in a desired pattern with height control.     

光波在三维光子晶体中定域化特性的数值研究

基于Mie散射理论和低浓度近似，对锗蛋白石类光子晶体中的光子定域化现象进行了研究，数值揭示了入射波长、散射体大小和基质折射率对定域化参量的影响规律。结果表明，在散射体浓度为10%，相对折射率大于3.8，在中红外区3um~12um范围内出现了理想的定域化现象；随着入射波长的增大，定域化区所对应的散射体半径增大，定域化参量减小；同时，基质折射率的增大导致退定域化现象。