Твердотельные образцы

Зависимость нелинейного оптического ограничения суспензиями углеродных нанотрубок от длительности импульса.

В [13] проведено исследование нелинейного оптического ограничения суспензиями углеродных нанотрубок в диапазоне длительностей 3-100 нс. Результаты исследований представлены в таблицах 3 и 4. Видно, что нанотрубки эффективно ограничивают оптическое излучение в диапазоне длительностей 2 нс – 100 нс. При этом с увеличением длительности импульса зависимость эффективности ограничения от растворителя становится более сильной. Это связано с тем, что для длинных импульсов вклад в нелинейное ограничение рассеяния на пузырьках растворителя усиливается по сравнению с вкладом от сублимации и ионизации углеродных частиц. В данной работе не исследуется возможность ограничения для микросекундного диапазона. Очевидно, что лимитинг будет существовать и в микросекундном диапазоне, поскольку образовавшийся пузырек растворителя живет десятки микросекунд [8].

Нелинейное оптическое ограничение твердотельными образцами исследуется в работах [15-20]. В [15] сравнивается оптическое ограничение суспензиями углеродных нанотрубок в воде и в твердотельной матрице, представляющей из себя пленку PMMA (полиметилметакрилат). Для сравнения исследовался твердотельный образец, содержащий смесь МСНТ и углеродных наночастиц. Концентрация углеродных нанотрубок подбиралась таким образом, чтобы обеспечить одинаковое линейное пропускание около 50 % на длине волны 532 нм. Облучение проводилось лазером на Nd:YAG. Длительность импульса составляла 7 нс. Исследования проводились в сфокусированных пучках (f/3 и f/65 геометрия). Результаты измерений представлены в таблице 5.

Таблица 5.Пороги нелинейного оптического ограничения водной суспензии МСНТ и твердотельного образца МСНТ/PMMA при различных длинах волн и геометриях фокусировки.

Образец	Порог ограничения, Дж/cм^2 (плотность энергии, при которой пропускание падает в два раза по сравнению с линейным).
532 нм f/3	532 нм f/65	1064 нм f/65
Водная суспензия МСНТ	0.9	1.0
МСНТ в PMMA	2.6	3.1	-
МСНТ и CBS в PMMA	2.5	3.0	-

Видно, что в твердотельной матрице порог выше. На длине волны 1064 нм раз пленки были разрушены при плотности энергии 8 Дж/cм², при этом 50 % снижение пропускания не было достигнуто (поэтому в соответствующей графе таблицы стоит прочерк). Авторы [15] объясняют более высокий порог в твердотельной матрице затрудненностью расширения пузырька углеродного пара и плазмы в твердом теле.

В [16] исследуется silica xerogel composite с внедренными МСНТ. Образцы облучаются лазером на Nd:YAG на длинах волн 1064 нм и 532 нм в сфокусированных пучках. Длительность импульса 8 нс. Начальное пропускание для длины волны 532 нм составляло 55 %. Результаты измерений представлены на рисунке 2 и в таблице 6. Для сравнения в таблице представлены измерения для водных суспензий МСНТ при тех же экспериментальных условиях.

В [17] авторы [16] продолжили исследование образцов методом Z-scan. Результаты измерений представлены на рис. 3. Видно, что нелинейные процессы в твердотельной матрице сильнее. В то же время, не обнаружена вспышка света, которая должна была сопровождать образование пузырька углеродного пара. Это позволяет сделать вывод о том, что в данном случае работает механизм нелинейного оптического поглощения, не связанный с образованием пузырька углеродного пара и плазмы (нелинейное поглощение с возбужденных состояний или двухфотонное поглощение).

Таблица 6.Пороги нелинейного оптического ограничения водной суспензии МСНТ и твердотельного образца МСНТ/xerogel composite при двух длинах волн.

Вещество	Длина волны, нм	Начальное пропускание, %	Порог (плотность энергии, при которой пропускание падает в 2 раза), Дж/см^2
Суспензия МСНТ		65%	2.25
Хerogel composite		55 %	1.5
Суспензия МСНТ			2.75
xerogel composite	1064 нм		1.75 Дж/см^2

Рис. 2 Нелинейное оптическое ограничение водной суспензии углеродных нанотрубок и нанотрубок, внедренных в твердотельную матрицу (silica xerogel composite) на а) 532 нм и b) 1064 нм.	Рис. 3. Результаты исследований методом Z-scan водной суспензии углеродных нанотрубок и нанотрубок, внедренных в твердотельную матрицу (silica xerogel composite). Входная энергия 1.05 мДж. a) длина волны 1064 нм b) длина волны 532 нм.

Таким образом, усиление или ослабление лимитинга при внедрении нанотрубок в твердотельную матрицу зависит от свойств самой матрицы и технологии введения в нее нанотрубок. Этим нанотрубки кардинально отличаются от CBS и фуллеренов, - у CBS и фуллеренов при внедрении в твердотельную матрицу нелинейно-оптическое ограничение всегда падает по сравнению с жидкостным вариантом.

В [18,19] также демонстрируется нелинейное оптическое ограничение в твердотельных образцах, но в этих работах отсутствует сравнение с суспензиями при тех же экспериментальных условиях (в [18] нанотрубки были внедрены в стеклянную матрицу, в [19] они были нанесены на нее тонким слоем). В [20] нанотрубки внедрялись в пленку полиимида. При внедрении в нее фотосенсибилизатора включается механизм ограничения, связанный с переносом заряда.

Дата добавления: 2015-06-28