Synthesis of hybrid polymer systems and study of their nonlinear properties for optical limitation in the near-infrared
Synthèse de systèmes polymères hybrides et étude de leurs propriétés non-linéaires pour la limitation optique dans l’infrarouge
Résumé
The human eye, sensors, and photoreceptors can be damaged if they are submitted to laser beams with high intensities and low divergence. In the military field, an optical sensor can be damaged by pulsed laser radiations when exposed beyond its capacities. To have a protection against such threats, passive optical limiting is used. A mix between a reactive oligomer and a monomer, with methacrylate functions, is studied in the present work giving a thermoset matrix. To prevent the monomer evaporation, which results in the formation of bubbles in the final material, related to the reaction exotherm, an oligomer and a monomer with a high boiling temperature are used as precursors, giving a good alternative to a thermoplastic matrix like polymethyl methacrylate (PMMA). We report the experimental results of transient thermally induced optical nonlinearities (i.e., nonlinear refraction) in methacrylate‐based polymer filters at a nanosecond timescale, focus will be made to compare third order nonlinear refractive index from thermally induced refractive index. Optical filters are obtained by chemical bulk processes and 3D printing. In the present work, both thermoplastics and thermosets matrices were synthesized to characterize their optical limiting properties by mean of an appropriate custom‐made optical setup as well as their nonlinear refractive indices measured by the z‐scan technique. Optical measurements in the nonlinear regime are achieved at the wavelength of 1064 nm.
L'œil humain, les détecteurs et les photorécepteurs peuvent être endommagés s’ils sont soumis à des rayonnements lasers de haute intensité et de faible divergence. Dans le secteur militaire, un détecteur optique peut être endommagé par des radiations lasers pulsées quand il est exposé au-delà de ses capacités. Pour avoir une protection contre ces menaces, la limitation optique est utilisée. Un mélange entre un oligomère et un monomère, avec des fonctions méthacrylates, est étudié dans ces travaux, donnant une matrice thermodurcissable. En effet, pour prévenir l’évaporation du monomère, les composés présentent une haute température d’ébullition, constituant une bonne alternative aux matrices thermoplastiques comme le polyméthacrylate de méthyle (PMMA). Les résultats expérimentaux présentent les non-linéarités optiques transitoires induites thermiquement (réfraction non-linéaire) dans les filtres polymères méthacrylates à une échelle de temps nanoseconde. L’accent est mis sur la comparaison de l’indice de réfraction non-linéaire du 3ème ordre et celui induit thermiquement. Les filtres optiques obtenus sont réalisés par un processus de polymérisation radicalaire en masse et par impression 3D. Ici, les matrices thermoplastiques et thermodurcissables sont synthétisées afin de caractériser leurs propriétés de limitation optique grâce à l’utilisation d’un système optique approprié. De plus, leur indice de réfraction non-linéaire est mesuré par la technique du Z-scan. Les mesures sont faites à une longueur d’onde de 1064nm.
| Origine | Version validée par le jury (STAR) |
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