石墨烯在3-5μm中红外波段的光限幅效应研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    61205114
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    26.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    F0505.非线性光学
  • 结题年份:
    2015
  • 批准年份:
    2012
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2013-01-01 至2015-12-31

项目摘要

Using the self-developed 3-5 μm wavelength tunable mid-infrared solid-state optical parametric oscillator (repetition frequency of 1 - 1000 Hz, pulse width of less than 10 ns, single pulse energy of more than 2 mJ at 1 kHz), the mid-infrared 2D automatic Z-scan device and the integral sphere, it is planned to conduct out closed-aperture, open-aperture Z-scan experiments and scattering light intensity detection experiments on the graphene, which is prepared by CVD or oxidation-reduction method. Under the conditions of different laser parameters (wavelength, pulse width, repetition frequency rate, the incident angle), the nonlinear optical parameters of graphene, included qualitative and semi-quantitative characterization of the linear absorption coefficient, nonlinear absorption coefficient, nonlinear refractive index, nonlinear scattering rate, optical Limiting transmittance, limiting band, cut-off light intensity, attenuation factor and limiting threshold, will be studied in 3-5μm mid-infrared range of graphene. On this basis, we will also explore and study optical limiting effect and its production mechanism of graphene in 3-5 μm mid-infrared band, influence mechanism of laser parameters change and two different preparing methods on the optical limiting effect of the graphene in 3-5 μm mid-infrared band. The research will provide experimental and theoretical basis for the optimization preparation methods of graphene optical limiting materials, and the mechanism on infrared CCD detector against strong laser in 3-5 μm mid-infrared band.
利用本项目自制的3-5μm波长可调谐的全固态中红外光学参量振荡激光器、中红外波段二维自动Z-扫描装置和积分球,开展石墨烯的开孔、闭孔Z扫描探测和散射光强探测。在不同的激光参量(波长、脉冲宽度、重复频率、入射角度)条件下,对两种不同方法(CVD法和氧化还原法)制备出的石墨烯在3-5μm中红外波段的线性吸收系数、非线性吸收系数、非线性折射率、非线性散射率以及与光限幅相关的透过率、限幅波段、截止光强、限幅阈值等参量进行定性半定量表征,从而探索石墨烯在3-5μm中红外波段的光限幅效应及其产生机理、激光参量变化和两种不同制备方法对石墨烯光限幅性质的影响机理。本项目的研究成果能够为中红外波段石墨烯光限幅材料制备方法的优化、特别是为红外CCD精密制导武器对抗3-5μm中红外强激光的抗干扰、抗损伤研究提供必要的实验及理论支持。

结项摘要

激光在民用、军用领域获得了广泛的和应用。例如激光焊接、激光打孔、激光切割、激光致盲、激光制导、激光测距和激光目标指示等。但是随着激光输出功率不断向大功率、大能量发展,其对人眼视力和各种光电传感器的威胁也日趋严重。采用非线性光限幅材料对高能量强激光低透射率,而对低能量的外界辐射和目标反射光的高透射率的非线性光学特性来提高激光防护能力成为研究热点。基于独特的热、机械、电子及光学性能和宽光谱范围内的非线性光学性能,在可见光和近红外光学波段,石墨烯因具有良好的光限幅效应而成为了国内外在光限幅材料领域研究的热点,并且多侧重于其在液相体系中光限幅效应的研究,而很少针对石墨烯薄膜化器件的光限幅开展研究。但是随着激光应用波长向中红外波段方向发展,在3~5µm中红外波段,探索石墨烯是否同样具有良好的光限幅性质,那么将大幅地拓展石墨烯的光限幅应用范围。. 本研究成功研制出的脉冲重复频率10Hz,脉冲宽度6ns、单脉冲能量超过8mJ的3~5µm中红外波段光参量振荡器和一台针对3~5µm波长可调谐的激光二维Z-扫描装置,开展了器件化的石墨烯CaF2镜片开孔、闭孔Z扫描探测和积分球散射实验,发现石墨烯在3~5µm中红外波段存在较强的光限幅特性,其光限幅效应是非线性反饱和吸收和非线性散射的协同作用的结果。在石墨烯层数相同的条件下,非线性反饱和吸收效应随探测光波长的增加而逐渐减弱;在相同激光参数条件下,非线性反饱和吸收效应随层数增加而加强;在相同的入射光能量下,石墨烯散射能量的增长率与入射波长成反比关系,与石墨烯层数成正比关系。由于CVD法制备石墨烯相比于氧化还原法制备的石墨烯具有更为完整的晶体结构、电子共轭体系和高抗损伤特性,因而CVD法制备的石墨烯在3-5μm中红外波段具有实用化的光限幅效应。本研究成果对于利用石墨烯材料的光限幅效应来提高红外波段激光人眼安全防护和光电探测器件的抗干扰、抗损伤能力具有重要的参考意义。

项目成果

期刊论文数量(11)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
A graphene-based passively Q-switched Ho:YAG laser in-band pumped by a diode-pumped Tm:YLF solid-state laser
由二极管泵浦 Tm:YLF 固体激光器带内泵浦的基于石墨烯的被动调Q Ho:YAG 激光器
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2014
  • 期刊:
    Laser Physics
  • 影响因子:
    1.2
  • 作者:
    Qi; M.;Bai; Y.;Ren; Z. Y.;Bai; J. T.
  • 通讯作者:
    J. T.
Formation of Four Phase-Locked Gaussian Beams by Saturable Absorber in a Neodymium-Doped Yttrium Aluminum Garnet Laser
掺钕钇铝石榴石激光器中可饱和吸收体形成四锁相高斯光束
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2012
  • 期刊:
    Applied Physics Express
  • 影响因子:
    2.3
  • 作者:
    陈小明;白杨
  • 通讯作者:
    白杨
A passively mode-locked intracavity frequency doubled Nd: YVO4 femtosecond green laser based on graphene
基于石墨烯的被动锁模腔内倍频Nd:YVO4飞秒绿光激光器
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    Laser Physics Letters
  • 影响因子:
    1.7
  • 作者:
    史瑞萍;白杨
  • 通讯作者:
    白杨
CW Mode-Locked 1.908mTm:LiYF4 Slab Laser Based on an Output-Coupling Graphene Saturable Absorber Mirror
基于输出耦合石墨烯可饱和吸收镜的连续锁模 1.908mTm:LiYF4 板条激光器
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2013
  • 期刊:
    Applied Physics Express
  • 影响因子:
    2.3
  • 作者:
    史瑞平;李雕;任兆玉;白晋涛
  • 通讯作者:
    白晋涛
A passively mode-locked intracavity frequency doubled Nd:YVO4 femtosecond green laser based on graphene
基于石墨烯的被动锁模腔内倍频Nd:YVO4飞秒绿光激光器
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2014
  • 期刊:
    Laser Physics Letters
  • 影响因子:
    1.7
  • 作者:
    Chen; X. M.;Wei; H. D.;Ren; Z. Y.;Bai; J. T.
  • 通讯作者:
    J. T.

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其他文献

6-氨基胍基-1,2,4,5-四嗪-3-酮的合成、晶体结构和热分解行为
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
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  • 作者:
    郑婉婉;白杨;田汉文;郭兆琦;马海霞
  • 通讯作者:
    马海霞
西咪替丁对胸部分割照射小鼠脾脏损伤的治疗作用
  • DOI:
    10.3760/cma.j.issn.0254-5098.2020.03.004
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    中华放射医学与防护杂志
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  • 作者:
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  • 通讯作者:
    邵春林
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  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
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  • 影响因子:
    2.5
  • 作者:
    赵松;于占洋;白杨;王晓英
  • 通讯作者:
    王晓英
CH_4,CO_2和N_2多组分气体在煤分子中吸附热力学特性的分子模拟
  • DOI:
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  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
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  • 影响因子:
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  • 作者:
    李树刚;白杨;林海飞;严敏;龙航
  • 通讯作者:
    龙航
Material removal model of magnetorheological finishing based on dense granular flow theory
基于致密颗粒流理论的磁流变精加工材料去除模型
  • DOI:
    10.37188/lam.2022.041
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    Light: Advanced Manufacturing
  • 影响因子:
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  • 作者:
    白杨;张学军;杨超;李龙响;罗霄
  • 通讯作者:
    罗霄

其他文献

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

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          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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