[发明专利]一种增强与转换Fe3

说明书

一种增强与转换Fe₃O₄‑GO复合磁光薄膜的超快光学非线性的方法，属于光电磁材料技术领域，可解决现有的基于GO材料的光学非线性效应较小且不易调谐的难题，首先用真空抽滤法制备了掺杂不同浓度磁性粒子的Fe₃O₄‑GO复合薄膜；然后将制备好的复合薄膜依次进行SEM、XRD、紫外可见吸收光谱表征；最后增加磁场强度对不同掺杂浓度的Fe₃O₄‑GO复合薄膜进行超快光学非线性的测试。检测结果表明通过调控磁场强度与掺杂浓度不仅能够有效增强Fe₃O₄‑GO复合磁光薄膜的光学非线性效应，而且发现其光学非线性吸收存在由饱和吸收到反饱和吸收的转换及其光学非线性折射存在由自聚焦到自散焦的转换现象。

技术领域

本发明属于光电磁材料技术领域，具体涉及一种增强与转换Fe₃O₄-GO复合磁光薄膜的超快光学非线性的方法。

背景技术

自从激光器诞生以来，强激光与介质相互作用产生的非线性效应被研究人员不断发现和探索，并且非线性效应被很好的应用在各个领域，在过去的几十年里，研究人员利用非线性材料研发出了基于非线性吸收效应的元器件和应用，例如锁模激光器中的可饱和吸收体、激光防护中的光限幅器件等，但是因为目前的材料器件还存在着高昂制造价格、光损伤阈值低、散热性差和抗激光能力差等问题，因此，为了探索寻找性能更加优秀的可以替代现有的新材料，对实现器件的高效率、高性能和降低成本等方面有着重要的现实意义。

氧化石墨烯（GO）以其独特的物理和化学性质成为石墨烯家族中一颗冉冉升起的新星。氧化石墨烯仍保持石墨的层状结构，不同的是在石墨烯片层中引入了羟基（-OH）和环氧基，片层边缘含有羧基（-COOH）和羰基（-C=O）。尽管引入含氧官能团后原石墨烯中sp²碳原子变成了sp²与sp³碳原子的杂化，大π键被破坏，使得GO的力学性能和光电学性能都有所下降，但恰恰是这些含氧官能团为GO的表面修饰带来机会。

迄今为止，基于GO溶液制备GO薄膜的主要制备方法有真空抽滤法、旋涂法、浸涂法与静电自组装法等。其中，尽管采用真空抽滤法制备的GO薄膜得到的GO薄膜较厚（一般微米量级），但是其操作简单、成本较低、性能优异且易于在GO溶液中加入合适的纳米粒子或有机物制得杂化的GO薄膜，越来越受到研究者们与工业界的青睐。

为了进一步拓展GO基的薄膜在光学、电学、磁学与力学中的广泛应用，单一的GO薄膜难以满足高性能与多功能的需求，亟需产生功能化的GO杂化薄膜来解决这个问题。GO薄膜的化学功能化是由GO中的含氧基团引起的，这充分利用了GO和功能化材料的优良性质。各种各样多功能材料能附着于GO薄膜上，包括有机材料、染料离子分子、电介质、金属纳米颗粒和磁性纳米粒子。基于GO与功能化材料之间的强耦合效应，基于GO杂化薄膜的光电性能将得到较大的改善与提高。例如，研究人员利用真空抽滤法制备了金纳米粒子掺杂的GO薄膜，由于多种非线性机制的共同作用以及光致电子转移等机制，金纳米粒子杂化的GO薄膜表现出数倍增强的光学非线性折射与非线性吸收。另外，研究人员利用静电自组装法制备了介质薄膜与GO薄膜交替的复合超材料，通过飞秒微纳加工可控的还原这种GO基的杂化薄膜，实现了导电性能、能量带隙与介电常数的精准调控。这些研究为研发高性能的光电集成器件奠定了基础。尽管利用金属纳米粒子与介质材料功能化的GO基的杂化薄膜能够有效地提高它的光电特性，但是目前基于磁性纳米粒子功能化的GO杂化薄膜的研究鲜为报道，通过结合这些复合材料的磁光性能与光电性能，不仅有望调谐/提高其光学非线性，而且有望实现增强的磁光效应与磁光存储密度，从而开发光电磁一体化的多功能集成器件。

发明内容