本發(fā)明涉及非線性光學(xué)材料的合成和應(yīng)用領(lǐng)域，尤其是指一種非晶硒的應(yīng)用。

背景技術(shù)：

自1960年人類發(fā)明激光器后，非線性光學(xué)領(lǐng)域蓬勃發(fā)展，不斷有新的非線性光學(xué)材料被合成出來，并且被廣泛地應(yīng)用于不同的科學(xué)領(lǐng)域。其中，光學(xué)二次諧波在頻率轉(zhuǎn)化以及表面探測方面扮演了重要的角色，由于其對材料沒有損傷，因此是一種常用的探測技術(shù)。然而，幾乎所有的光學(xué)二次諧波材料都是晶體，且工作的波段比較窄，能量轉(zhuǎn)化率低，因此在實際應(yīng)用上具有很大的局限性。

非晶硒是一種全新的光學(xué)二次諧波材料，其光學(xué)二次諧波的有效范圍很寬，具有良好的生物兼容性，因此在生物醫(yī)學(xué)方面具有潛在性的應(yīng)用。非晶硒可通過液相激光燒蝕制備，單個非晶硒顆粒即可實現(xiàn)光學(xué)二次諧波響應(yīng)，因此是一種不可多得的非線性光學(xué)材料。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點和不足，提供一種非晶硒的應(yīng)用，且能夠簡易快速地制備該非晶硒，表現(xiàn)出優(yōu)異的光學(xué)二次諧波性能。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所提供的技術(shù)方案為：一種非晶硒的應(yīng)用，具體為非晶硒作為光學(xué)二次諧波材料的應(yīng)用。

所述非晶硒作為光學(xué)二次諧波材料的應(yīng)用，包括以下步驟：

1)將固體靶材置于反應(yīng)容器中，然后往反應(yīng)容器中注入二次去離子水，并使二次去離子水浸過靶材表面；

2)調(diào)節(jié)激光器的脈沖激光光束的光路，使激光光束依次經(jīng)過全反射鏡和聚焦透鏡后聚焦在靶材表面；

3)開啟脈沖激光器，在激光的作用下同時進行液體環(huán)境中脈沖激光燒蝕反應(yīng)，固體靶材在激光高溫高壓的作用下形成納米顆粒，在液體環(huán)境中長大成非晶硒顆粒；

4)反應(yīng)結(jié)束后，關(guān)閉激光器，收集顆粒懸浮液，在加熱板上進行干燥，得到目標產(chǎn)物，即非晶硒顆粒，不含其它雜質(zhì)元素；

5)將非晶硒顆粒置于光學(xué)二次諧波測試真空樣品臺，利用分子泵抽真空；

6)利用CCD結(jié)合共聚焦顯微系統(tǒng)，對非晶硒顆粒進行準確定位；

7)開啟激光器，脈沖激光經(jīng)過光路后聚焦到非晶硒顆粒，進行光學(xué)二次諧波激發(fā)；

8)利用光譜儀收集樣品反射回來的光學(xué)二次諧波信號；

9)保持激光器的輸出功率不變，改變激光器的輸出波長，測量單個非晶硒顆粒和非晶硒顆粒二聚體的光學(xué)二次諧波波長可調(diào)諧性。

在步驟1)中，所述靶材為硒靶，直徑為2cm，厚度為0.5cm，純度大于99.99％，所述反應(yīng)容器為玻璃或塑料容器。

在步驟2)中，所述激光聚焦至靶材表面的光斑直徑為0.1cm。

在步驟3)中，所述激光器的脈沖激光重復(fù)頻率為1000Hz，脈沖寬度為35fs，單脈沖能量為2～4mJ。

在步驟4)中，所述反應(yīng)過程持續(xù)5～10分鐘，顆粒懸浮液呈橙紅色，干燥溫度為30℃，時間為5h；制備得到的非晶硒顆粒為球型，直徑分布范圍為100～1000nm。

在步驟5)中，真空度要達到1.4Torr。

在步驟7)中，所述激光器為飛秒脈沖激光器，可調(diào)諧波長范圍在690～1040nm，脈沖寬度為100fs，重復(fù)頻率為80MHz，輸出功率范圍0～2W，激光聚焦光斑半徑為1μm。

在步驟9)中，單個非晶硒顆粒的直徑要大于300nm，非晶硒顆粒二聚體的直徑為200nm，使用激光器的輸出波長在800～960nm。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點與有益效果：

1、本發(fā)明采用飛秒脈沖激光溶蝕法成功制備了具有不同直徑的非晶硒顆粒。

2、本發(fā)明首次提出非晶硒具有光學(xué)二次諧波的功能，單個非晶硒顆粒產(chǎn)生二次諧波的效率達到10^-8，并且能在寬譜范圍內(nèi)(800nm～960nm)實現(xiàn)光學(xué)二次諧波激發(fā)，具有光譜可調(diào)諧性。

3、本發(fā)明制備工藝簡單，重復(fù)性好，穩(wěn)定性高。非晶硒作為一種新的光學(xué)二次諧波材料，可以替代傳統(tǒng)的非線性光學(xué)材料應(yīng)用于生物檢測、醫(yī)學(xué)成像、表面探測等領(lǐng)域。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的非晶硒顆粒的制備示意圖。

圖2a為本發(fā)明的非晶硒顆粒的掃描電子顯微鏡照片圖。

圖2b為本發(fā)明的非晶硒顆粒的透射電子顯微鏡照片圖。

圖2c為本發(fā)明的非晶硒顆粒的選區(qū)電子衍射圖。

圖2d為本發(fā)明的非晶硒顆粒的微區(qū)成分分析圖。

圖3為本發(fā)明的非晶硒顆粒溶液的紫外可見吸收圖譜。

圖4為本發(fā)明的非晶硒顆粒的二次諧波測試系統(tǒng)示意圖。

圖5a為直徑370nm非晶硒顆粒在890nm波長、20mW功率激發(fā)下發(fā)射的 二次諧波信號。

圖5b為直徑370nm非晶硒顆粒在890nm波長、110mW功率激發(fā)下發(fā)射的二次諧波信號。

圖5c為直徑370nm非晶硒顆粒在890nm波長，不同功率激發(fā)下發(fā)射的二次諧波信號及擬合曲線。

圖6a為非晶硒顆粒二聚體的掃描電子顯微鏡照片圖。

圖6b為非晶硒顆粒二聚體在770nm波長、50mW功率激發(fā)下發(fā)射的二次諧波信號。

圖6c為非晶硒顆粒二聚體在50mW功率，不同波長激發(fā)下發(fā)射的二次諧波信號變化。

具體實施方式

下面結(jié)合多個具體實施例對本發(fā)明作進一步說明。

實施例1

如圖1所示，本實施例在制備非晶硒時，具體是采用激光器1(采用Ti:sapphire飛秒脈沖激光，激光波長800nm，脈寬35fs)、全反鏡2、聚焦透鏡3、固體靶材4、反應(yīng)容器5、二次去離子水6。其中，所述激光器1的脈沖激光頻率為1000Hz，脈沖寬度為35fs，單脈沖能量為0～4mJ；所述固體靶材4為硒固體靶材，直徑為2cm，厚度為0.5cm，純度大于99.99％；所述反應(yīng)容器5為玻璃或塑料容器，而在本實施例具體為石英容器。

以下為本實施例制備所述非晶硒顆粒的具體過程，其情況如下：

1)將硒固體靶材置于石英容器中，然后往石英容器中注入二次去離子水，并使二次去離子水浸過靶材的表面。

2)調(diào)節(jié)激光器的脈沖激光光束的光路，使激光光束依次經(jīng)過全反射鏡和聚 焦透鏡后聚焦在靶材表面，聚焦時光斑在靶材表面直徑大約為1mm。

3)開啟脈沖激光，在本實施例中該激光能量具體為2mJ/pulse，激光頻率為1000Hz；而后在激光的作用下進行液體環(huán)境中脈沖激光燒蝕反應(yīng)，固體靶材在激光高溫高壓的作用下形成納米顆粒并長大成非晶硒顆粒。

4)反應(yīng)過程持續(xù)5～10分鐘后(在本實施例中具體是10分鐘)，關(guān)閉脈沖激光器，收集顆粒懸浮液(橙紅色)，在加熱板上進行干燥5小時(30℃恒溫)，得到目標產(chǎn)物，即非晶硒顆粒。

此外，在本實施中還對上述所得的非晶硒顆粒進行了掃描電子顯微鏡、透射電子顯微鏡分析、選區(qū)電子衍射、能量色散X射線光譜分析、紫外可見。其中，掃描電子顯微鏡、透射電子顯微鏡分析如圖2a～2b所示，由圖可見，制備的顆粒呈球型，顆粒尺寸分布在100nm-1000nm；圖2c為制備的顆粒的選區(qū)電子衍射圖譜，證明制備得到的是非晶的物質(zhì)；圖2d為樣品的能量色散X射線光譜，證明該樣品為純的硒，沒有其他雜質(zhì)，由此我們制備得到非晶硒顆粒。圖3為制備得到的樣品溶液的紫外-可見-近紅外吸收光譜，表明制備得到的非晶硒顆粒懸浮液在該波段的光學(xué)透過率高于70％。

實施例2

本實施例主要對實施例1制備得到的非晶硒顆粒進行光學(xué)二次諧波測試，如圖4所示，具體是采用激光器7(采用Ti:sapphire飛秒脈沖激光，激光波長690～1040nm，脈沖寬度為100fs，重復(fù)頻率為80MHz，輸出功率范圍0～2W)、部分反射鏡8、聚焦透鏡9、CCD10、光譜儀11、聚光物鏡12、真空樣品臺13。其中，部分反射鏡的反射透射比為1:1，聚光物鏡為共聚焦顯微物鏡，樣品臺的真空度達到1.4Torr。

以下為本實施例測試非晶硒顆粒的光學(xué)二次諧波性能具體過程，其情況如 下：

1)將非晶硒顆粒置于真空樣品臺，利用分子泵抽真空至真空度達到1.4Torr。

2)利用CCD結(jié)合共聚焦顯微鏡對樣品進行顯微成像，定位不同粒徑的非晶硒顆粒。

3)開啟激光器，脈沖激光經(jīng)過光路后聚焦到樣品，記性光學(xué)二次諧波激發(fā)，本實施例激光聚焦光斑的半徑為1μm，可以定位到單個硒顆粒。

4)利用光譜儀收集樣品反射回來的二次諧波信號。

直徑為370nm的非晶硒顆粒在波長890nm，功率為20mW的激發(fā)下，發(fā)射出二次諧波信號如圖5a所示，由圖可見，在445nm處有一個微弱的信號，證明這是光學(xué)二次諧波。同時說明該硒顆粒的在890nm激光激發(fā)下的二次諧波產(chǎn)生閾值接近20mW。

實施例3

與實施例2不同的是，本實施例采用110mW激發(fā)該硒顆粒，得到其反射回來的二次諧波信號，如圖5b所示，該信號的半高寬為3nm；隨后，我們測試了該硒顆粒在不同功率下的反射信號，結(jié)果如圖5c所示，實驗數(shù)據(jù)擬合得到的直線斜率接近2，證明硒顆粒確實在激發(fā)光作用下發(fā)射出二次諧波信號。需要說明的是，對于直徑小于300nm的單個非晶硒顆粒，并沒有探測到其反射的二次諧波信號，只有直徑達到300nm以上，才能由光譜儀探測得到二次諧波信號。

實施例4

與實施例2不同的是，如圖6a所示，利用CCD定位到非晶硒顆粒二聚體，在激發(fā)光波長為770nm，功率為50mW作用下，由光譜儀探測到該二聚體反射的 二次諧波信號，如圖6b所示，在385nm處出現(xiàn)了一個明顯的二次諧波信號。隨后，保持50mW的激發(fā)功率不變，改變激光器的出射波長，從760nm開始，每隔20nm進行一次測試，得到不同波長激發(fā)下的二次諧波信號變化情況，如圖6c所示，非晶硒顆粒二聚體反射的二次諧波信號隨著激發(fā)光波長的變化而變化，由此可見，該非晶硒顆粒二聚體具有二次諧波激發(fā)波長可調(diào)諧性，工作范圍較寬。

以上所述之實施例子只為本發(fā)明之較佳實施例，并非以此限制本發(fā)明的實施范圍，故凡依本發(fā)明之形狀、原理所作的變化，均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。