[00150755]金纳米聚合物薄膜的制备及其可饱和吸收特性的应用研究

近年来,脉冲光纤激光器以其高光束质量、高转换效率、高集成度、高可靠性和超小体积等独特优势使得激光技术发生了革命性的突破,已成为激光科学中充满创新机遇和挑战的研究方向。,对关键材料体系结构的设计和光学特性的优化,是实现光纤激光器性能提升最具潜力的方案之一。日益发展的薄膜型可饱和吸收体为被动调Q和锁模脉冲光纤激光器的发展开拓了崭新的局面。 其主要具有如下优点： （1）简单的制备工艺,便于大规模生产; （2）较高的激光损伤阈值; （3）超短的响应时间; （4）较宽的工作光谱范围; （5）较低的插入损耗; （6）有利于实现小型化激光器并提高其环境稳定性。 目前,性能优异的以金属纳米材料,特别是贵金属纳米薄膜为主制备的可饱和吸收体鲜见文献报道。相比于单壁碳纳米管和石墨烯材料,由于贵金属纳米材料的非线性光学性质可以通过改变其化学组成、结构、形貌、尺寸、排布、存在的介质以及在介质中的含量等多种结构几何参数来进行调节,从而使基于其制备的可饱和吸收体具有更宽的吸收光谱范围和灵活可调的非线性光学特性。 本项目研究制备了多种形貌和结构的贵金属纳米粒子,如金纳米棒、金纳米中空海胆、银纳米立方体等。采用原位掺杂的方法将上述纳米材料成功掺入聚合物薄膜中并采用微波加热技术将银纳米颗粒可控地整齐排列于羧甲基纤维素钠聚合物薄膜中。采用理论与实验相结合的方法系统地研究了上述贵金属纳米材料的表面等离激元共振吸收峰随其结构的变化情况,如中空海胆形纳米粒子随着其空心比例的增大,吸收峰可以从672 nm移动到远至726 nm,理论模拟的结果很好地验证了实验结果。之后我们将不同长径比金纳米棒分散于羧甲基纤维素钠中制成聚合物薄膜,其主吸收峰分别远至1068 nm和1300 nm,非饱和损耗为24.6%和25.4%、调制深度为6.9%和6.7%、饱和功率密度为5.16 MW/c㎡ 和5.09 MW/c㎡。将其分别置入环形腔激光器中对运行激光进行调节,脉冲激光形成的阈值功率均为25 mW,当泵浦功率为120 mW时,脉冲重复频率为23.0 kHz和22.39 kHz,脉冲宽度为9.6 s和10.4 s。同时,我们在研究中发现金纳米球聚集所形成的远至1560 nm的宽带吸收难以保留较长时间,而金纳米棒的红外吸收峰可以长时间维持,更有利于后续制作脉冲光纤激光器。 在该项目资助下发表SCI收录论文7篇。 （1） Hydrothermal synthesis of silver nan℃ubes with tunable edge lengths and their size dependent SERS behaviors. Journal of Alloys and Compounds, 2015, 632： 140-146。 （2） In situ controlled sputtering deposition of gold nanoparticles on MnO2 nanorods as surface-enhanced Raman scattering substrates for molecular detection. Dalton Transactions. 2015, 44： 7606-7612。 （3） Silver nan℃ubes-mediated sensitive immunoassay based on surface-enhanced Raman scattering assisted by etched silicon nanowire arrays. Analyst. 2014, 139： 5893-5900。 （4） Passively Q-switched erbium-doped ?ber laser based on gold nanorods. Optik. 2014, 125： 5789-5793。 （5） Pasquale Mormile. Au@Ag core-shell nan℃ubes： epitaxial growth synthesis and surface-enhanced Raman scattering performance. Physical Chemistry Chemical Physics. 2015, 17： 6819-6826。 （6） Gain-assisted U-shaped Au nanostructure for ultrahigh sensitivity single molecule detection by surface-enhanced Raman scattering. Journal of Optics. 2015, 17： 125003。 （7） SERS-based immunoassay using a core-shell SiO2@Ag immune probe and Ag-decorated NiCo2O4 nanorods immune substrate. RSC Advances. 2016, 6： 708-715。 本项目参与硕士研究生3名。