一种有机/无机杂化的荧光周期结构制备方法及应用

本发明涉及微纳激光器制造领域，特别涉及一种有机/无机杂化的荧光周期结构制备方法及应用。

背景技术：

1、随着电子芯片特征尺寸逐步缩小，集成电路制造已逼近“摩尔定律”极限，芯片互连的密度与阻抗成为不可调和的矛盾，由此带来的器件延迟和功耗问题也日益突出；相比而言，光子芯片不受电磁阻力影响，可进行海量、高速、并行的信息传输与处理，是解决未来大型数据中心信息交互的有效手段。

2、微纳激光器作为光子芯片的核心部件，其发射波长的可调谐性一直是集成光子学领域的前沿课题。自周期结构具有选频作用被提出后，依靠光栅选模获得特定激射波长的分布反馈激光器(distributedfeedbacklaser)，因其低阈值特性而得到广泛关注。传统上，通过紫外光刻、电子束刻蚀和纳米压印技术可形成周期性光波导结构，但存在制备成本高、原始模板依附性强等问题，难以满足可调谐微纳激光器的发展需求。为了分布反馈激光器的长足发展，需要研发性能优良且经济效益高的荧光周期结构制备方法。

3、对于荧光周期结构的制作，在全息干涉技术领域中，仅通过调整相干光束的夹角和强度，就可以在光敏介质上形成不同周期和折射率调制的表面浮雕光栅结构，进而灵活、连续地调谐激光发射波长。通过光诱导制备表面浮雕光栅的材料有多种，其中基于偶氮体系研究其形成机理及应用的工作最多，有研究利用光诱导偶氮表面浮雕光栅作为周期波导层与荧光染料复合制作分布反馈激光器，仅通过调整相干光束的夹角，即可对波导结构的周期进行调制，进而实现激光发射波长灵活、连续的调谐，但是由于homo能级间电子转移造成其与染料直接掺杂时易引起荧光大量淬灭，故而在偶氮体系中通常采用双层结构制备分布反馈激光器，使得基于偶氮的周期结构制备流程相对复杂，此外由于偶氮分子异构体的折射率差异和形变能力有限，表面浮雕光栅调制高度受限，阻碍了分布反馈激光器的进一步优化。因此在以光诱导表面浮雕结构作为光栅层的工作中，需要发展一种荧光淬灭效应小、调制性高且制备方法简单的荧光周期结构制备方法。

技术实现思路

1、本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案如下：

2、第一方面，本发明提供一种有机/无机杂化的荧光周期结构的制备方法，包括如下步骤：

3、步骤一、制备质量浓度为0.09％～0.12％的罗丹明6g溶液、质量浓度为0.9％～1.1％氯金酸溶液、质量浓度为1.7％～1.8％聚乙烯醇溶液，并按照体积比2:9:9混合得到rhodamine6g/au/pva混合溶液；

4、步骤二、在玻璃衬底上滴涂所述rhodamine6g/au/pva混合溶液，加热所述玻璃衬底直至得到rhodamine6g/au/pva纳米复合薄膜；

5、步骤三、将所述rhodamine6g/au/pva纳米复合薄膜置于干涉光场下，得到有机/无机杂化的荧光周期结构，所述干涉光场的波长为405nm-473nm范围中的任意波段。

6、在一个优选的实施例中，所述罗丹明6g溶液的质量浓度为0.099％，所述氯金酸溶液的质量浓度为1％，所述聚乙烯醇溶液的质量浓度为1.75％

7、第二方面，本发明提供有机/无机杂化的荧光周期结构，采用第一方面所述的一种有机/无机杂化的荧光周期结构的制备方法制备得到。

8、第三方面，本发明提供一种分布反馈激光器，其特征在于，包括第二方面所述的有机/无机杂化的荧光周期结构，还包括泵浦源，所述泵浦源为纳秒脉冲激光器，所述纳秒脉冲激光器发射的泵浦光的波长位于500nm-550nm范围内，所述泵浦光能够照射所述有机/无机杂化的荧光周期结构的上表面。

9、第四方面，本发明提供一种应用，第二方面所述的有机/无机杂化的荧光周期结构作为分布反馈激光器的应用。

10、第五方面，本发明提供一种分布反馈激光器的制备方法，包括如下步骤：

11、s1、制备质量浓度为0.09％～0.12％的罗丹明6g溶液、质量浓度为0.9％～1.1％氯金酸溶液、质量浓度为1.7％～1.8％聚乙烯醇溶液，并按照体积比2:9:9混合得到rhodamine6g/au/pva混合溶液；

12、s2、在玻璃衬底上滴涂所述rhodamine6g/au/pva混合溶液，加热所述玻璃衬底直至得到rhodamine6g/au/pva纳米复合薄膜；

13、s3、将所述rhodamine6g/au/pva纳米复合薄膜置于干涉光场下，得到有机/无机杂化的荧光周期结构，所述干涉光场的波长为405nm-473nm范围中的任意波段；

14、s4、设置泵浦源，使泵浦源出射的泵浦光能够照射到所述荧光周期结构上表面。

15、本发明的有益效果是：

16、本发明一种有机/无机杂化的荧光周期结构制备方法通过设计混合溶液获得基础的rhodamine6g/au/pva薄膜，基于原位光还原生成金属纳米粒子，并在光场驱动下迁移形成表面浮雕光栅。该表面浮雕光栅具有高调制性的优点，能够用于分布反馈激光器谐振腔进行光反馈，该制作方法简便、快速、经济效益高且适用于大规模制造。在制备过程中，金属粒子迁移过程中驱动荧光染料分子反向移动，形成金属纳米粒子/染料分子相间分布的光栅结构，减少染料分子与金属粒子的直接接触、解决由此造成的荧光淬灭问题。

17、制备的有机/无机杂化的荧光周期结构的金属纳米粒子通过表面等离激元共振效应将光局域在金属颗粒表面，增强附近染料分子的光学增益，进而能够提高对泵浦光的利用率，并进一步降低其激射阈值。

18、由于荧光周期结构制作方法简便、快速、经济效益高，使得基于本发明的有机/无机杂化荧光周期结构的分布反馈激光器脱离了原始模板，解决了依附性强的问题，大大减少了制备流程和制备时间；无机材料的引入使得在制备高衍射效率光栅结构的同时，规避了有机材料引起的染料荧光大量淬灭的问题，相反，利用其表面等离激元共振效应增强邻近染料分子的光学增益，能够降低激射阈值。

技术特征：

1.一种有机/无机杂化的荧光周期结构的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.如权利要求1所述的一种有机/无机杂化的荧光周期结构的制备方法，其特征在于，所述加热的温度范围为25℃-60℃。

3.如权利要求1所述的一种有机/无机杂化的荧光周期结构的制备方法，其特征在于，所述罗丹明6g溶液的质量浓度为0.099％，所述氯金酸溶液的质量浓度为1％，所述聚乙烯醇溶液的质量浓度为1.75％。

4.如权利要求3所述的一种有机/无机杂化的荧光周期结构的制备方法，其特征在于，所述罗丹明6g溶液的制备方法为：将罗丹明6g粉末溶于超纯水并搅拌得到rhodamine6g溶液；所述氯金酸溶液的制备方法为：将haucl4·3h2o粉末溶于超纯水并搅拌得到氯金酸溶液；所述聚乙烯醇溶液的制备方法为：将pva粉末溶于超纯水，水浴加热同时搅拌，得到聚乙烯醇溶液。

5.有机/无机杂化的荧光周期结构，其特征在于，采用权利要求1至4中任意一项所述的一种有机/无机杂化的荧光周期结构的制备方法制备得到。

6.一种分布反馈激光器，其特征在于，包括如权利要求5所述的有机/无机杂化的荧光周期结构。

7.如权利要求6所述的一种分布反馈激光器，其特征在于，还包括泵浦源，所述泵浦源为纳秒脉冲激光器，所述纳秒脉冲激光器发射的泵浦光的波长位于500nm-550nm范围内，所述泵浦光能够照射所述有机/无机杂化的荧光周期结构的上表面。

8.采用权利要求1至4中任意一项所述的一种有机/无机杂化的荧光周期结构的制备方法所制备的有机/无机杂化的荧光周期结构的应用，其特征在于，作为分布反馈激光器的应用。

9.一种分布反馈激光器的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

10.如权利要求9所述的一种分布反馈激光器的制备方法，其特征在于，所述泵浦光的波长范围为500nm-550nm。

技术总结
一种有机/无机杂化的荧光周期结构的制备方法涉及微纳激光器制造领域，解决了现有制备方法复杂、荧光淬灭严重且周期结构调制性较低的问题。方法包括：分别制备质量浓度为0.09％～0.12％的罗丹明6G溶液、0.9％～1.1％的氯金酸溶液、1.7％～1.8％的聚乙烯醇溶液，按照体积比2:9:9混合溶液；滴涂得到Rhodamine6G/Au/PVA纳米复合薄膜；将薄膜置于干涉光场下，得到金属纳米粒子/染料分子相间分布的有机/无机杂化荧光周期结构。该结构的调制性高，激射阈值低，能够用于分布反馈激光器谐振腔进行光反馈，该制作方法简便快速、经济效益高，解决了染料分子与金属粒子直接接触造成的荧光淬灭问题。

技术研发人员：付申成,陶钰鑫,王秀莉,张昕彤,刘益春
受保护的技术使用者：东北师范大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13