【摘 要】
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超快激光技术在国防、工业、医疗等领域具有重要的应用价值,基于对人眼和光电器件的保护需要,开发光限幅材料成为目前光电产业发展的核心工作之一。双光子吸收是光限幅效应的主要机理之一,是一个瞬态响应的非线性吸收过程。碳量子点（Carbon quantum dots,CQDs）具有原料广泛、制备简单、低生物毒性以及突出的线性和非线性光学性质等优点,所以,基于双光子吸收机制的CQDs可作为一种潜在的光限幅材料
【基金项目】
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国家自然科学基金； 山西省自然科学基金；
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超快激光技术在国防、工业、医疗等领域具有重要的应用价值,基于对人眼和光电器件的保护需要,开发光限幅材料成为目前光电产业发展的核心工作之一。双光子吸收是光限幅效应的主要机理之一,是一个瞬态响应的非线性吸收过程。碳量子点（Carbon quantum dots,CQDs）具有原料广泛、制备简单、低生物毒性以及突出的线性和非线性光学性质等优点,所以,基于双光子吸收机制的CQDs可作为一种潜在的光限幅材料。但是,关于双光子吸收CQDs的研究目前多基于其液态体系,而对于实用化的光限幅器件,需要具备良好光限幅性能的固态材料。本论文以制备对飞秒激光具有光限幅效应的双光子吸收CQDs固态薄膜为目标,首先通过微波法快速制备具备供体-π-受体结构的双光子吸收N、B共掺杂CQDs（N,B-CQDs）,然后将该N,B-CQDs与不同的成膜剂进行复合得到具有光限幅功能的薄膜,最后优选一种光限幅性能良好的双光子吸收CQDs材料。通过对不同掺杂的CQDs及其薄膜的结构、线性光学和光限幅等非线性光学性能进行表征和分析,主要研究内容及其结果如下:1、以均苯三甲酸、尿素和硼酸为反应原料,使用微波法快速制备具有双光子吸收的N,B-CQDs,其直径为3.3 nm,具有高结晶度的碳核,表面含有大量羧基等含氧官能团,具有良好的水溶性。通过Z-扫描技术测试发现线性透过率为50%的N,B-CQDs溶液,在532 nm、330 fs激光照射下具有明显的来自于双光子吸收的反饱和吸收现象和自散焦效应共同导致的光限幅特性:归一化透过率降低到43%,非线性吸收系数为3.1×10-10 m/W。该工作为低成本、快速制备具有高结晶度双光子吸收CQDs提供了一种可靠的方法和思路。2、将制备的具有双光子吸收特性的N,B-CQDs与不同成膜剂（硅烷偶联剂KH792、聚乙烯醇PVA和聚乙烯吡咯烷酮PVP）复合得到三种薄膜,研究不同成膜剂对N,B-CQDs双光子吸收以及光限幅性能的影响。三种薄膜均在线性透过率达到50%以上时,具有不同的非线性光学特性:与PVA复合的薄膜具有饱和吸收的现象;与PVP复合的薄膜不再发生非线性光学现象;与KH792复合的薄膜在线性透过率为68%时光限幅的效果与N,B-CQDs溶液在线性透过率70%时光限幅的效果基本相当。总之,通过简单易行的微波法快速制备具有双光子吸收的N,B-CQDs,并且该CQDs溶液具有反饱和吸收和自散焦共同作用导致的光限幅现象。通过与三种不同成膜剂复合,得到CQDs基复合薄膜,其中与KH792进行复合制备得到的薄膜可以保持N,B-CQDs的双光子吸收和光限幅的性能,为实现低成本制备具有良好光限幅性能的固态薄膜材料提供了一种有效方法。
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