專利名稱：氣壓控制的光限幅器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光限幅器，特別是一種氣壓控制的光限幅器。
背景技術(shù)：
現(xiàn)代激光技術(shù)的發(fā)展使得激光在測距、雷達(dá)和通訊等領(lǐng)域得到日益廣泛的應(yīng)用，但隨之而來的是強(qiáng)激光很容易造成人眼及系統(tǒng)中光電設(shè)備的損傷，因此對危險激光安全防護(hù)成為緊迫的需求。光限幅器是指擁有下列特性的材料或器件:當(dāng)被激光照射時，在低強(qiáng)度激光照射下具有高的透過率，而在高強(qiáng)度激光照射下具有低的透過率。光限幅過程是利用光學(xué)材料如單壁碳納米管、多壁碳納米管和石墨烯等非線性材料通過非線性吸收、非線性折射或非線性散射等非線性光學(xué)效應(yīng)來實(shí)現(xiàn)的。利用材料的光限幅效應(yīng)可以有效地保護(hù)眼睛和器件免受強(qiáng)激光傷害，在激光防護(hù)設(shè)備領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。因此，通過具有優(yōu)異光限幅性質(zhì)的非線性散射材料實(shí)現(xiàn)快捷、方便和高效的光限幅器及技術(shù)成為人們研究的熱點(diǎn)。材料科學(xué)領(lǐng)域的國際領(lǐng)先學(xué)術(shù)雜志《先進(jìn)材料》首次報(bào)道了用液相剝離法技術(shù)制備的高品質(zhì)無氧化、無缺陷的石墨烯對532nm和1064nm納秒激光脈沖的寬帶非線性光學(xué)響應(yīng)，證實(shí)其光限幅現(xiàn)象(即材料透射率隨入射光強(qiáng)增大而減小的現(xiàn)象)，為開發(fā)基于石墨烯的光子器件奠定了實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)(J.Wang等，Advanced Materials2009, 21卷，頁碼:2430-2435)。同年5月，新加坡國立大學(xué)利用水熱作用將氧化石墨烯還原成石墨烯，并實(shí)現(xiàn)了石墨烯在紅外波段可調(diào)諧的光限幅性質(zhì)(Y.Zhou等，Chemistry of Materials2009, 21卷，頁碼:2950-2956)。Livien等人在《Carbon》上首次報(bào)道了單壁碳納米管在水/表面活性劑中形成懸浮液的光限幅行為，實(shí)現(xiàn)了寬波段的光限幅性，不僅在532nm而且在1064nm也有光限幅性，在可見和紅外區(qū)域都表現(xiàn)出光限幅行為。雖然基于新型材料如石墨烯等的光限幅材料得到了人們深入的研究并迅速發(fā)展，但是，目前的光限幅器或材料無法進(jìn)行實(shí)時調(diào)節(jié)，在多變的應(yīng)用環(huán)境中難以滿足使用要求。

發(fā)明內(nèi)容
為克服上述基于非線性散射介質(zhì)的光限幅調(diào)節(jié)方法的缺陷，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種氣壓控制的光限幅器，該光限幅器具有易操作、介質(zhì)可選擇范圍廣和穩(wěn)定性高的特點(diǎn)。本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下:—種氣壓控制的光限幅器，其特征在于:包括一個圓柱形密封腔，該密封腔的相對立面設(shè)有第一透明窗口和第二透明窗口，在該密封腔內(nèi)的底面中心設(shè)有一個圓柱形樣品臺；在該圓柱形樣品臺的中心設(shè)有一個長方體透明容器，該透明容器的兩個相對面與第一透明窗口和第二透明窗口平行；在所述的透明容器內(nèi)裝有分散在有機(jī)溶劑或膽酸鈉的水溶液中的非線性散射介質(zhì)，液面高度高于第一透明窗口和第二透明窗口的最上沿；在所述的密封腔的頂部設(shè)有接口，該接口密封地連接一個減壓系統(tǒng)，該減壓系統(tǒng)從接口開始，由依次串聯(lián)的第一閥門、負(fù)壓表、第二閥門和真空泵構(gòu)成，在第二閥門和真空泵之間的支路連接第三閥門，所述的第一閥門用于關(guān)閉整個減壓系統(tǒng)，所述的第二閥門用于保持密封腔內(nèi)氣壓的穩(wěn)定，所述的第三閥門用于密封腔內(nèi)正常氣壓的恢復(fù)。所述的非線性散射介質(zhì)為石墨烯、石墨烯的衍生物、碳納米管或碳納米管的衍生物。所述的有機(jī)溶劑為N-甲基吡咯烷酮、二甲基乙酰胺、二甲基甲酰胺或Y-羥基丁酸內(nèi)酯。所述的非線性散射介質(zhì)分散液的光限幅機(jī)制是基于氣泡的非線性散射效應(yīng)。當(dāng)激光脈沖照射到非線性散射介質(zhì)上時，介質(zhì)由于高的熱傳導(dǎo)率，將光能轉(zhuǎn)化成熱能傳遞給周圍的溶劑，使溶劑蒸發(fā)而形成氣泡，氣泡不斷長大最終破裂，同時又有新的氣泡不斷地生成、破裂，最終氣泡達(dá)到一個相對穩(wěn)定的平衡態(tài)。形成的氣泡會對激光脈沖產(chǎn)生強(qiáng)烈的散射，使大部分激光脈沖被散射掉，只有少部分脈沖激光透過，從而有效地降低了透過率。而外部氣壓的變化可以明顯改變最終氣泡的大小，由Rayleigh-Plesset方程可以推導(dǎo)出壓
力與氣泡半徑之間的關(guān)系:
權(quán)利要求
1.一種氣壓控制的光限幅器，其特征在于:包括一個圓柱形密封腔(1)，該密封腔(I)的相對立面設(shè)有第一透明窗口(2)和第二透明窗口(11)，在該密封腔(I)內(nèi)的底面中心設(shè)有一個圓柱形樣品臺(3);在該圓柱形樣品臺(3)的中心設(shè)有一個長方體透明容器(9)，該透明容器(9)的兩個相對面與第一透明窗口(2)和第二透明窗口(11)平行；在所述的透明容器內(nèi)裝有分散在有機(jī)溶劑或膽酸鈉的水溶液中的非線性散射介質(zhì)(10)，液面高度高于第一透明窗口(2)和第二透明窗口(11)的最上沿；在所述的密封腔(I)的頂部設(shè)有接口(12)，該接口(12)密封地連接一個減壓系統(tǒng)，該減壓系統(tǒng)從接口(12)開始，由依次串聯(lián)的第一閥門(4)、負(fù)壓表(5)、第二閥門(6)和真空泵(8)構(gòu)成，在第二閥門(6)和真空泵(8)之間的支路連接第三閥門(7)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣壓控制的光限幅器，其特征在于:所述的非線性散射介質(zhì)(10)為石墨烯、石墨烯的衍生物、碳納米管或碳納米管的衍生物。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣壓控制的光限幅器，其特征在于:所述的有機(jī)溶劑為N-甲基吡咯烷酮、二甲基乙酰胺、二甲基甲酰胺或Y-羥基丁酸內(nèi)酯。
全文摘要
一種氣壓控制的光限幅器，該裝置包括密封腔和一個減壓系統(tǒng)。該光限幅器利用非線性散射介質(zhì)的非線性散射效應(yīng)與溶劑沸點(diǎn)有關(guān)的特點(diǎn)，通過調(diào)節(jié)非線性散射介質(zhì)周圍的氣壓，實(shí)現(xiàn)對光限幅響應(yīng)大小的實(shí)時調(diào)控。本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)光限幅響應(yīng)的實(shí)時、定量調(diào)節(jié)，可應(yīng)用于敏感光學(xué)器件的激光防護(hù)和激光控制。
文檔編號G02F1/35GK103197483SQ20131014142
公開日2013年7月10日 申請日期2013年4月23日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月23日
發(fā)明者程鑫, 王俊, 王康鵬, 董寧寧, 張曉艷, 張龍 申請人:中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所