Полимерные композитные пленки, особенно на основе полимеров и слоистых наноматериалов, являются привлекательными материалами для использования свойств множества материалов для применения в электронике и фотонике.
Недавно исследователи обнаружили, что композитные пленки на основе бета-оксида свинца с квантовыми точками (β-PbO QD) / полистирола (PS) демонстрируют превосходную стабильность при высокой влажности и сильный насыщающий отклик на поглощение в видимой области ближнего инфракрасного диапазона (NIR). Это делает их привлекательным материалом для практического применения в оптоэлектронных устройствах в морской среде и в других суровых условиях, таких как влажная погода.
В новом исследовании, проведенном профессором Хань Чжаном из Шеньчженьского университета в Китае и опубликованном в наномасштабе ( «Композитные пленки бета-оксидных квантовых точек (β-PbO QD) / полистирола (PS) и их применение в сверхбыстрой фотонике» ), Команда сообщает об использовании гибкой композитной пленки β-PbO QDs / PS в качестве устройства с насыщаемым поглотителем для генерации типичных импульсов с синхронизацией мод при 1060 нм, даже при погружении в воду.
КТ β-PbO изготавливали путем расслоения жидкой фазы и – методом смешивания растворов – затем хорошо распределяли в композитной пленке β-PbO QDs / PS с превосходной прозрачностью и гибкостью.
Присущая нерастворимость как КТ β-PbO, так и PS обеспечивает приготовленную композитную пленку β-PbO QDs / PS с превосходной водостойкостью (см. Вставку на рис. 1А). Примечательно, что однородная и высокопрозрачная композитная пленка β-PbO QDs / PS естественным образом уменьшает ненасыщенные потери, когда длина волны падающего лазера была сравнима с размерами дефекта.
Рис. 1: (A) Экспериментальная установка техники Z-сканирования с открытой апертурой. На вставке: фотография композитной пленки β-PbO QDs / PS, погруженной в воду на один день. (B) Данные эксперимента по насыщаемому поглощению, измеренные методом Z-сканирования с открытой апертурой при 540 нм. (C) Данные эксперимента по насыщенному поглощению при 1064 нм. (D) Нелинейная кривая пропускания композитной пленки на основе композитных пленок β-PbO QDs / PS. Случай 1 и случай 2: до и после погружения в воду на один день.
Как было подтверждено методом лазерного Z-сканирования, композитная пленка β-PbO QDs / PS, которая хранилась более трех месяцев или погружалась в воду на один день, показала высокую способность к оптической модуляции при возбуждении мощной мощью. лазерный луч на длинах волн от 540 нм до 1060 нм (см. рис. 1).
Экспериментальные данные показали, что значение коэффициента нелинейного поглощения КТ β-PbO было на несколько порядков больше, чем у ранее описанных наноматериалов, таких как черный фосфор, черные фосфорные КТ, нанолист MoS 2 и MXene Ti 3 C 2. Т х . Кроме того, интенсивность насыщения поглощения композитной пленки β-PbO QDs / PS была близка к таковой для MoS 2 и ниже, чем для черного фосфора.
Более высокий коэффициент нелинейного поглощения и более низкая интенсивность поглощения насыщения КТ β-PbO предполагают еще одно потенциальное применение этого нелинейного оптического материала в качестве насыщаемого поглотителя для видимой и ближней инфракрасной волн.
Рис. 2: Характеристики синхронизации мод YDFL с мощностью накачки 130 мВт. (А) Оптический спектр. Левая вставка: фотография одномодовой волоконной ферулы с композитной пленкой β-PbO QDs / PS, перенесенной на поперечное сечение конца волокна. Справа: оптическое изображение композитной пленки β-PbO QDs / PS, покрывающей область сердцевины волокна. (B) Последовательность импульсов синхронизации мод за промежуток времени 9,5 мкс (верхний) и 3 мкс (нижний). (C) Профиль одиночного импульса. (D) Радиочастотный спектр. Вставка: широкополосный РЧ спектр.
Для дальнейшего изучения характеристик синхронизации мод исследователи внедрили насыщающий поглотитель на основе композитных пленок на основе β-PbO QDs / PS в кольцевую полость волоконного лазера на основе иттербия (YDFL).
Они успешно достигли стабильных импульсов с синхронизацией мод (см. Рис. 2B) при мощности накачки 55 мВт, что намного ниже, чем у режима синхронизации мод в YDFL на основе других насыщаемых поглотителей, таких как MoS 2 , Bi 2 Te 3 / PVA, MXene Ti 3 C 2 T x , CH 3 NH 3 PbI 3, перовскитные нанолистки и малослойный висмутин, что показывает, что было проще получить состояние синхронизации мод без высокой входной мощности.
Центральная длина волны спектра была расположена на 1062,12 нм, с шириной полосы 3 дБ 2 нм (см. Рис. 2А). На рис. 2C показана одиночная импульсная трасса с полной шириной на половине максимума 303 пс. Это привело к вычисленному произведению ширины полосы частот во времени, составляющему ~ 161,16, что позволяет предположить, что импульсы с синхронизацией мод были сильно чирпированы, что также является характеристикой диссипативных солитонов.
Фундаментальное повторение в радиочастотном спектре составляло приблизительно 4,37 МГц с высоким отношением сигнал / шум до 56 дБ, что еще раз подтверждает высокостабильное рабочее состояние с синхронизацией мод волоконного лазера (см. Рис. 2D).
Кроме того, порог повреждения – когда оптическая мощность в резонаторе составляет около 40 мВт – насыщающего поглотителя из композитной пленки β-PbO QDs / PS является относительно высоким, что позволило применять композитную пленку β-PbO QDs / PS в ситуациях с участием сильных взаимодействий света и вещества.
Рис. 3: (A) Выходная мощность в зависимости от мощности насоса. (Б) Долгосрочная стабильность диссипативного солитона в течение восьми часов. (C) Долгосрочная стабильность при погружении в воду на 70 минут. (D) Центральная длина волны и ширина полосы 3 дБ как изменение времени за 70 минут, когда пигтейлы из волокон были полностью погружены в воду. На вставке: фотография волокна косички под погружением в воду.
Чтобы измерить стабильность пленок, выходной спектр измеряли с 2-часовыми интервалами при мощности накачки 110 мВт в течение 8 часов (см. Фиг. 3В), и не наблюдали сдвига или новых компонент длины волны.
Для дальнейшего тестирования стабильности в суровых условиях насыщенный поглотитель из композитной пленки β-PbO QDs / PS погружали в воду комнатной температуры (примерно 25 ° C; см. Вставку на рис. 3D) на более чем 70 минут и выходной спектр. непрерывно контролировали каждые 10 минут в фиксированных экспериментальных условиях (см. фиг. 3C).
Соответствующий выходной спектр слегка изменился в начале, но оставался относительно стабильным в последующий период. Центральная длина волны слегка сместилась с 1062,84 до 1063,78 нм, тогда как ширина полосы 3 дБ показала небольшое возмущение от 1,52 до 1,9 нм (см. Рис. 3D), что подтверждает водостойкость и совместимость композитной пленки β-PbO QDs / PS.
Таким образом, композитная пленка β-PbO QDs / PS демонстрирует превосходные характеристики в качестве насыщающегося поглотителя для реализации стабильной работы волоконного лазера с Yb-легированным лазером с синхронизацией мод даже при высокой влажности.
Исследователи ожидают, что эта композитная пленка β-PbO QDs / PS будет полезна для исследований новых водостойких, гибких фотонных устройств на основе функциональных двумерных материалов и полимеров.
Для отправки комментария необходимо войти на сайт.