本文選題：三階非線性光學(xué)性質(zhì)　切入點：復(fù)合材料　出處：《河南大學(xué)》2015年碩士論文

【摘要】：在光電領(lǐng)域,需要研發(fā)各種光電器件如光存儲器,光限制器,全光開關(guān),光波導(dǎo)等,而這類器件的研制都運用了材料的非線性光學(xué)性質(zhì)。因此,尋找具有較強非線性效應(yīng)的光學(xué)材料,一直是人們所關(guān)注的熱點課題。目前,人們主要研究的有:無機非線性材料、有機非線性材料、高分子材料,半導(dǎo)體材料等等。其中,碳納米管以其獨特的一維π電子結(jié)構(gòu)和強的非線性響應(yīng)特性得到了科研工作者們廣泛的關(guān)注。納米量級下的貴金屬顆粒由于小尺寸效應(yīng)、量子尺寸效應(yīng)、表面效應(yīng)等的影響,會表現(xiàn)出不同于其體相材料的非線性響應(yīng)。通過靜電吸附作用或共價鍵結(jié)合的形式,可以實現(xiàn)貴金屬納米顆粒與碳納米管的復(fù)合。而復(fù)合材料并沒有改變材料自身的結(jié)構(gòu)且具有兩種材料的共同的優(yōu)異性質(zhì),修飾后的復(fù)合材料相比于單獨的材料,其非線性折射率會明顯增大。本論文分為四章:第一章緒論首先介紹了非線性光學(xué)產(chǎn)生的現(xiàn)象及響應(yīng)機理。然后介紹了碳納米管的結(jié)構(gòu)性質(zhì)及其改性修飾。最后介紹了貴金屬納米材料的三階非線性光學(xué)性質(zhì)的研究進展。第二章主要介紹了三階非線性特性的測量方法-單光束Z掃描技術(shù),給出了Z掃描曲線的詳細(xì)計算過程。第三章的主要工作是制備了不同粒徑的金納米顆粒,初步討論了小粒徑的金納米顆粒的三階非線性光學(xué)性質(zhì)。第四章的主要工作是制備了金/多壁碳納米管復(fù)合材料,討論了復(fù)合材料的三階非線性光學(xué)性質(zhì)。本論文的主要工作有:第一:運用單步還原法制備了不同粒徑的金納米顆粒,SEM圖顯示顆粒大小為(25nm,40 nm,55 nm)粒徑分布較為均勻。使用兩步還原法制備出尺寸在6 nm左右的金納米顆粒。用紫外可見吸收光譜儀測量了300-800 nm范圍內(nèi)的不同粒徑的金納米顆粒的線性吸收特性。結(jié)果發(fā)現(xiàn),隨著還原劑用量的增大,對應(yīng)的吸收峰出現(xiàn)藍(lán)移現(xiàn)象,金納米顆粒的尺寸越小。將不同粒徑的金納米顆粒修飾到碳納米管表面,使用透射電子顯微鏡(TEM)對樣品進行表征。結(jié)果發(fā)現(xiàn),尺寸在6 nm左右的金納米顆粒對碳納米管的復(fù)合效果最好。使用皮秒Z掃描技術(shù)測量尺寸為6 nm的金納米顆粒的三階非線性光學(xué)性質(zhì),其三階非線性系數(shù)為γ=3.78×10-19 m2/W,非線性吸收系數(shù)β=1.32×10-11 m/W,并對金納米顆粒的非線性響應(yīng)機理進行了簡單的討論。第二:使用混酸處理多壁碳納米管,對碳納米管進行純化并增強其表面活性,改善了碳納米管的分散性。利用化學(xué)吸附的方法,制備了金/多壁碳納米管復(fù)合材料,用X射線衍射儀(XRD)、透射電子顯微鏡(TEM)和紫外可見光譜儀(UV-Vis)對復(fù)合材料進行表征。TEM結(jié)果顯示金納米顆粒平均粒徑為6 nm,且均勻分散在碳納米管表面。XRD衍射圖對復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)特性分析與TEM結(jié)果相一致。在脈沖寬度為30 ps、波長為532 nm的激光光源激發(fā)下,運用Z掃描技術(shù)分別探究了金/多壁碳納米管復(fù)合材料和多壁碳納米管的三階非線性光學(xué)性質(zhì)。實驗結(jié)果表明:金/多壁碳納米管復(fù)合材料呈現(xiàn)正的非線性折射效應(yīng)和飽和吸收性質(zhì),其三階非線性極化率χ(3)為1.89×10-12 esu,比多壁碳納米管高2.6倍。Au/MWCNTs復(fù)合材料的非線性吸收系數(shù)β=-6.3×10-11 m/W比MWCNTs的非線性吸收系數(shù)β=-2.89×10-11 m/W大2倍。結(jié)果表明,該復(fù)合材料在非線性光學(xué)器件的研發(fā)上具有潛在的應(yīng)用價值。該部分工作將在《光子學(xué)報》發(fā)表。最后,對研究生期間的工作進行了總結(jié),并對下一步的實驗做了安排與展望。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：河南大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：O613.71;TB383.1

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本文編號：1730379