[發(fā)明專利]雙層級(jí)聯(lián)光限幅器

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310496768.8
• 申請(qǐng)日: 2013-10-22
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103605247A
• 公開(kāi)（公告）日: 2014-02-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王康鵬;王俊;張龍;程鑫
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所
• 主分類號(hào): G02F1/355
• 分類號(hào): G02F1/355;G02F1/35
• 代理公司: 上海新天專利代理有限公司 31213
• 代理人: 張澤純

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及光限幅器，特別是一種雙層級(jí)聯(lián)光限幅器

背景技術(shù)

激光由于其高強(qiáng)度、相干性、準(zhǔn)直性等優(yōu)點(diǎn)在制造、醫(yī)藥、科技、安全領(lǐng)域發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用。然而，激光也是一種危險(xiǎn)的光源，對(duì)敏感光學(xué)器件、人眼、皮膚等具有毀滅性的破壞作用，因此如何加強(qiáng)激光的使用安全成為目前人們關(guān)注的熱點(diǎn)。為了有效控制激光投射的能量密度，人們提出光限幅器（Optical?limiter）的概念，具有高光能量密度下光學(xué)透過(guò)率低，低光能量密度下透過(guò)率高的特性。這種器件允許低于預(yù)設(shè)光強(qiáng)的光束通過(guò)，但當(dāng)光強(qiáng)高于預(yù)設(shè)時(shí)光限幅器件將阻擋光束的通過(guò)，從而避免其后的目標(biāo)物體受到過(guò)高能量激光的損害。光限幅器件可以用于光學(xué)傳感器的保護(hù)，激光實(shí)驗(yàn)室人眼的安全防護(hù)等，具有廣泛的應(yīng)用前景。

近年來(lái)，人們?yōu)榱酥谱髂軌驅(qū)嶋H應(yīng)用的光限幅器，在尋找非線性響應(yīng)強(qiáng)、響應(yīng)光譜寬的材料方面做出了大量的努力。目前用于光限幅器的非線性光學(xué)材料按非線性消光機(jī)理大致可分為非線性散射（NLS）和反飽和吸收（RSA）等幾類。前者如碳納米管，石墨烯等，是目前非常具有代表性的非線性散射材料。相關(guān)文獻(xiàn)如發(fā)表在SCI期刊《Carbon》的《Carbon?nanotubes?for?optical?limiting》(2002年第10期40卷，1789–1797頁(yè))，其中提出了基于碳納米管分散液的光限幅裝置，并使用z掃描和泵浦-探測(cè)方法做詳細(xì)的性能表征；以及美國(guó)專利《BROADBAND?OPTICAL?LIMITER?BASED?ON?NANO-GRAPHENE?AND?METHOD?OF?FABRICATING?SAME》（編號(hào)：US20110304934A1）中提到的基于單層、寡層石墨烯及納米金顆粒分散液的光限幅器。以上基于非線性散射的光限幅器具有較強(qiáng)的非線性響應(yīng)，能夠工作在紫外到紅外的寬廣波段；并且新型納米材料相比傳統(tǒng)的炭黑懸浮液不易團(tuán)聚，裝置的穩(wěn)定性有了較大的提高。然而，由于非線性散射的機(jī)理所限，這些單一機(jī)理的簡(jiǎn)單裝置只能對(duì)熱效應(yīng)顯著的激光（納秒或更長(zhǎng)的脈寬）有明顯響應(yīng)，而對(duì)超短脈沖（皮秒及以下）響應(yīng)很弱甚至無(wú)光限幅作用，實(shí)際應(yīng)用中受到限制。后者如發(fā)表在SCI雜志《Advanced?Materials》的《Molecular?Engineering?of?Peripherally?And?Axially?Modified?Phthalocyanines》（2003年3月第15期，22-32頁(yè)）以及發(fā)表在《Synthetic?Metals》的《Porphyrins?and?phthalocyanines?as?materials?for?optical?limiting》（2004年第3期141卷，231-243頁(yè)），文中所研究的酞菁、卟啉及其金屬衍生物是典型的非線性吸收材料，有很大的非線性吸收系數(shù)和很快的響應(yīng)時(shí)間，能夠用于超短脈沖的激光防護(hù)。然而，非線性吸收材料依賴于分子的能級(jí)間躍遷，工作波長(zhǎng)一般較窄，如酞菁工作在在可見(jiàn)光波段（420nm～650nm），不能單獨(dú)用來(lái)制造寬帶的光限幅器。

以上單一材料單一體系的共性還在于，光限幅的特性由材料本身的特性決定，這樣就大大的限制了調(diào)節(jié)的空間。而實(shí)際應(yīng)用中，目標(biāo)允許的光強(qiáng)照射是不確定的。

為了彌補(bǔ)單一材料單一機(jī)制的缺點(diǎn)，人們還研究了兩種不同非線性材料的共軛和非共軛混合。在《Advanced?Materials》中《Enhanced?Optical?Limiting?Effects?in?Porphyrin-Covalently?Functionalized?Single-Walled?Carbon?Nanotubes》（2008年20期，511–515頁(yè)）和《Chemical?Physic?letters》中《Linear?and?nonlinear?spectroscopic?studies?of?phthalocyanine-carbon?nanotube?blends》（2008年465期，265-271頁(yè)），卟啉功能化的碳納米管溶液（共軛混合）和碳納米管酞菁混合液（非共軛混合）的非線性性質(zhì)分別做了表征。卟啉功能化的碳納米管由于電子在卟啉分子和碳納米管之間的轉(zhuǎn)移作用，表現(xiàn)出較好的非線性性質(zhì)。但這種方法制備復(fù)雜，需要精確的反應(yīng)條件，所用的材料種類也受到限制。碳納米管酞菁混合液（非共軛混合）雖然能實(shí)現(xiàn)部分的光限幅曲線調(diào)節(jié)，然而非線性測(cè)試表明其光限幅性能不佳，不能滿足實(shí)際應(yīng)用的要求。

發(fā)明內(nèi)容

鑒于以上方法的缺點(diǎn)和不足，本發(fā)明提出一種雙層級(jí)聯(lián)光限幅器，該光限幅器能夠調(diào)節(jié)光限幅曲線，可實(shí)現(xiàn)寬工作波段，寬響應(yīng)時(shí)域。