利用国内生长的有机晶体DAST作为THz源的研究

利用时域光谱技术分别测量了通过光整流法在国内新生长的有机晶体DAST和国际常用的高效能THz晶体ZnTe中产生的THz脉冲的时域光谱,也测量和分析了有机晶体DAST在THz波段的色散和吸收特性,并通过热辐射探测计(4.2 K Si-bolometer)测量了THz脉冲的绝对能量。结果表明,国内新生长的有机晶体DAST的确是一种高效率的THz产生晶体,优化生长条件后将可得到更高的产生效率。

DAST晶体的生长与表征

根据实验获得的亚稳区范围为指导,采用籽晶-溶液降温法进行对4-N,N-二甲胺基-4’-N’-甲基-氮杂芪的对甲苯磺酸盐(DAST)晶体的生长,获得了2颗尺寸较大的DAST晶体。X线衍射(XRD)图谱分析发现有较强的(004)面和(006)面的特征峰,光致发光谱(PL)测试发现573.5nm处存在N(CH3)2基团产生的特征峰,601.6nm处存在二甲胺基和磺酸盐基分子间电荷转移过程产生的特征峰,647nm存在由烯双键产生的特征峰,通过晶体的XRD、PL光谱测试,证实了实验制备的晶体为DAST晶体。同时,还测试了晶体的维氏硬度,以及使用原子力显微镜(AFM)及微分干涉显微镜对晶体的表面形貌进行了观测。

有机非线性光学晶体DAST籽晶表面研究

采用籽晶法可获得大尺寸、高质量的4-N,N-二甲胺基-4’-N’-甲基-氮杂芪的对甲苯磺酸盐(DAST)晶体,而DAST籽晶的表面质量直接影响晶体质量。采用自制DAST源粉,通过溶液降温法自发成核生长DAST籽晶,并对其表面进行了研究。采用红外光谱对DAST源粉进行测试发现,DAST晶体有一定的吸水性。微分干涉显微镜及原子力显微镜(AFM)检测DAST籽晶表面形貌,结果表明,DAST籽晶表面存在凹坑、生长台阶等缺陷。

具有大尺寸(001)晶面的有机DAST晶体生长与THz波产生

具有大尺寸(001)晶面的有机晶体DAST(4-(4-二甲基氨基苯乙烯基)甲基吡啶对甲苯磺酸盐)的生长对构建高强度宽带THz辐射源具有重要意义,但也极具挑战性。本论文采用斜板法结合缓慢冷却技术,研究了生长液浓度对晶体长宽比的影响。通过对生长条件的精确控制,生长出了具有大面积(001)晶面的DAST晶体。经检测,晶体具有良好的表面质量。晶体在无需表面抛光的条件下,实现了单周期太赫兹脉冲输出,光-太赫兹转换效率达到0.66%。

“DAST”教学法在《微波技术与天线》课程中的应用研究

本文针对雷达工程专业微波技术与天线课程特点,突出工程实践化教学,新提出了一种称之为“DAST”的教学方法,即针对一组教学内容,精选一个器件或天线,通过结构的分解和组装,辅以仿真和实验验证,实现器件或天线设计思想的再现。教学过程中,将若干知识点始终贯穿于设计全程,有助于转换和扩展学生思考视角,实现技术原理与工程实际的有效结合。

利用DAST试剂形成碳-氟键的新进展

ＤＡＳＴ试剂是本世纪开发的最重要的氟化试剂之一，本文综述了利用该试剂形成碳－氟键的新进展。

核磁共振波谱法表征DAST分子结构

DAST晶体(即4-N,N-二甲胺基-4’-N’-甲基-氮杂芪的对甲苯磺酸盐晶体)具有优良的二阶非线性光学性能和电光效应特性,可用于红外至太赫兹波段辐射与检测领域.为了表征DAST源粉分子结构及纯度,选择CD3OD和DMSO-d6两种溶剂分别对DAST源粉进行了1H NMR、13C NMR、1H-1H COSY、HSQC和HMBC表征.通过对谱峰的归属及分析发现,DAST在CD3OD溶液中倾向于以离子对状态存在,而在DMSO-d6溶液中倾向于以解离状态存在,并根据谱峰的变化推测了DAST在从CD3OD溶液环境向DMSO-d6溶液环境变化时解离过程中电子云在共轭结构上重新分布的规律和骨架的变化情况.

DAST源粉表征与晶体制备

通过X射线粉末衍射、核磁共振波谱法对制得的DAST源粉进行表征,确证其分子结构并计算出源粉纯度为99.7%。然后使用该DAST源粉配制其甲醇溶液,并利用溶液降温法通过自发成核过程培养出尺寸为(2~3)mm×(2~3)mm×(0.3~0.5)mm的DAST晶体。

对甲苯磺酸(PTSA)对DAST晶体生长、表征的影响（英文）

向4-(4-二甲基氨基苯乙烯基)甲基吡啶对甲苯磺酸盐(DAST)甲醇溶液中加入对甲苯磺酸(PTSA),从中生长出DAST晶体。测试了纯生长溶液和加入PTSA后溶液的亚稳区,发现PTSA能够明显增加DAST生长溶液的亚稳区的宽度。通过粉末XRD和FTIR分别测试了PTSA掺杂和未掺杂溶液中生长的DAST晶体的晶体结构和官能团,测试结果表明PTSA并不会改变其晶体结构。溶液的稳定性有助于生长出大尺寸DAST晶体。

有机非线性光学晶体DAST的太赫兹发射性能

研究了DAST晶体的有效二阶非线性系数和太赫兹发射性能。实验以DAST-甲醇溶液的亚稳区范围为依据,采用溶液降温法进行DAST的生长。实验发现,降温速率越快,晶体的生长速度越快,但晶体易发生多晶转变;在晶体生长后期,采用较慢的降温速率,有利于晶体厚度的增加。经磨抛后的晶体表面粗糙度能够达到光学测试等级(微米级)要求。经测试,DAST晶片有效二阶非线性系数平均值为16.58 pm/V,实现了频率范围0.84~10 THz的太赫兹波发射,并在2.72 THz处具有最大发射强度。

有机非线性光学晶体DAST的生长、形貌及透过光谱

采用自发结晶法和籽晶法制备了4-（4-二甲基氨基苯乙烯基）甲基吡啶对甲基苯磺酸盐（DAST）晶体,所得晶体尺寸为10 mm×10 mm×1-2 mm。研究了不同生长位置对生长习性和晶体形貌的影响,在溶液中部或顶部生长时DAST晶体倾向于沿a轴方向生长,晶体呈片状;在溶液底部时DAST晶体c轴方向生长加快,晶体呈块状。测试了DAST晶体（001）面X射线衍射摇摆曲线,对比分析了不同生长方法对晶体质量的影响。另外,对所制备的DAST晶体的透过光谱及吸收系数进行了研究。

DAST晶体的表面形貌、缺陷及显微硬度研究

利用自行合成的4-(4-二甲基氨基苯乙烯基)甲基吡啶对甲基苯磺酸盐(DAST)原料,用斜板法生长出了一定尺寸的DAST晶体。用X射线衍射仪(XRD)对所得样品进行了表征,用光学显微镜观察了不同晶体(001)面的形貌特征并对其进行了分析,对不同腐蚀剂作用下的腐蚀坑的特点和成因进行了研究,测定了不同载荷下DAST晶体(001)面的显微硬度值。

基于DAST晶体的高能量超宽带可调谐小型化差频THz辐射源研究

基于双温区法生长的高质量 DAST(4 (4 二甲基氨基苯乙烯基)甲基吡啶对甲苯酸盐)晶体成功搭建了高能量、超宽带可调谐差频THz辐射源系统尺寸40cm×25cm 调谐范围达到0.3~19.6THz 最大输出能量达到4.02μJ/pulse@18.6 THz 信噪比最高达到32.24 dB 结合振镜扫描技术以0.1 THz为步长超宽带光谱扫描时间小于1 min.实验中观测到差频产生 THz 波的输出饱和现象并研究了基于 DAST 晶体差频产生 THz 波的偏振特性与传输特性证明基于 DAST 晶体差频产生的 THz 波消光比达到 0.05 且差频过程满足 0 类相位匹配条件.基于该太赫兹辐射源对多种固体样品在 2 ~14 THz 范围内的超宽带 THz 光谱信息进行了有效获取.

DAST晶体的原料合成与生长

研究了DAST晶体原料的合成方法,通过优化实验条件,得到了相应的合成产物。对合成产物进行了元素分析、红外光谱分析、核磁共振分析、XRD分析,证实了所得产物即为DAST。利用合成的DAST原料通过斜板法进行了初步的晶体生长实验,得到了形貌较为完整的DAST晶体。

DAST晶体XPS数据分析基准的讨论

为了方便地表征4-(4-二甲基氨基苯乙烯基)甲基吡啶对甲基苯磺酸盐(DAST)的性质,采用X射线光电子能谱仪(XPS)分别对两种原粉的DAST晶体、吸附有一定量水的DAST籽晶和新制备的DAST籽晶进行了表面元素分析。通过分析数据,并选取其中合适峰位的元素作为数据分析时的基准。结果表明,DAST晶体中的C、N、O元素均不适合作为XPS数据分析的基准元素,可能来源于表面沾污的Si元素也不能作为数据分析的基准,而将晶体中硫元素(167.50eV)作为基准,校准数据后分析C、N元素,其结果是合理的。

基于有机DAST晶体产生太赫兹辐射的研究进展

在介绍基于DAST晶体产生THz辐射的原理和方法的基础上,综合分析了光学差频法和光整流法的特点与优势,对THz辐射性能进行了对比分析,发现通过光学差频法可以在理论上产生可调谐窄带THz波(调谐范围>20THz)的输出,但是转换效率和辐射能量都比较低;通过光学整流法可以产生超快宽带THz脉冲的输出,其转换效率高,但不能获取单一频率的THz波。

非线性有机材料DAST的研究及应用

随着光通信、光信息处理技术等的快速发展,非线性光学材料越来越受到学术界与工业的关注。与无机非线性光学材料相比,有机非线性光学材料具有响应时间短、易于加工和高非线性系数等优点。其中, 4-(4-二甲氨基苯乙烯基)甲基吡啶对甲苯磺酸盐(DAST)是人工设计的一种具有非中心对称性和较强极化率的有机非线性材料。大量理论和实验结果表明, DAST具有高二阶光学非线性系数、高电光系数、大双折射率差和低介电常数等特性,能够产生更快、更强的光学非线性响应,还具有优异的太赫兹波发射及吸收性能,是目前综合性能最优、应用最广、最具研究价值的非线性有机材料。近年光谱研究显示, DAST还表现出各向异性的太赫兹光谱特性。文章系统地总结了DAST晶体在太赫兹波发射、二次谐波产生、电光探测和电光调制等众多领域的国内外研究成果,还概括了我们团队近期在DAST基薄膜、太赫兹光谱、光电特性、超材料等新领域的研究进展。此外,还提出将准相位匹配法用于DAST晶体研究、利用电场或自组装膜诱导生长DAST晶体等新思路。对DAST成果的总结和梳理,将促进非线性DAST有机材料在电光调制器、频率转换器、 THz探测器等重要领域的应用与理论研究,使其能够更加广泛地应用在光通信、光信息处理、军事技术等重要领域。

降温速率对DAST单晶生长的影响

使用籽晶法通过调整降温速率生长出高质量4-N,N-二甲胺基-4′-N′-甲基-氮杂芪对甲苯磺酸盐(DAST)晶体,研究了降温速率对DAST晶体结晶质量、光学特性及太赫兹输出特性的影响。通过核磁共振分析表征了合成原料的结构和纯度。使用X射线衍射仪对生长晶体的(001)面进行X射线摇摆曲线测试,测试结果表明在降温速率为0.1℃/d条件下获得的晶体质量最佳,其摇摆曲线半高宽(FWHM)为57.6″。此条件下生长的晶体在780~1576 nm波长范围内光透过率达65%。使用差频法从DAST晶体中产生了0.1~20 THz范围内的宽频可调谐太赫兹波,在18.8 THz处得到太赫兹波最大输出能量为0.477μJ/脉冲,对应的能量转换效率达5.31×10^(-5)。

DAST@HP-β-CD超分子体系溶液的多光子泵浦激射

激光的激射需要高浓度的增益介质,但增益介质浓度的过高又会带来浓度猝灭等不利因素,这些不利因素将会降低增益介质的发光效率。为解决这一矛盾,通过超分子策略,将有机非线性光学材料4-(4-二甲基氨基苯乙烯基)甲基吡啶对甲基苯磺酸盐(DAST)分子包覆于羟丙基-β-环糊精(HP-β-CD)分子的空腔中,并制备了DAST@HP-β-CD超分子水溶液。通过这种超分子包覆,可以大幅抑制DAST分子间的去活碰撞和分子内的Trans-Cis异构化,实现约6倍的荧光增强。不仅如此,在非线性光学效应方面,DAST@HP-β-CD超分子可通过多光子吸收而被激发。继而,以波长为1064 nm的纳秒脉冲激光泵浦超分子水溶液实现了二光子泵浦激射,激发阈值为平均功率620 mW。再者,以波长为1570 nm的非秒脉冲激光泵浦超分子水溶液,实现了三光子泵浦激射,激发阈值为峰值功率0.3 GW。在多光子荧光显微、三维信息存储等方面,超分子体系展示了良好的应用前景。