基于拍频结构的分布反馈式聚合物激光器的制作方法与流程

本发明属于有机半导体微腔激光器领域，涉及利用紫外激光光刻方法在玻璃基板上做出反馈腔为拍频结构的有机分布反馈式(DFB)激光器件。

背景技术：

分布反馈式(DFB)有机半导体激光器一般包括基底(可无)、光子晶体反馈腔、有机发光层三部分。发光层经泵浦发出的荧光经反馈腔振荡放大后形成激光。基底可以是玻璃、光纤、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、空气。不同光子晶体的周期可以放大荧光谱范围内的对应波长的光形成激光。所以有机半导体DFB激光器具有灵活性高、宽增益谱的优点。集成化也是人们一直追求的，目前有机半导体DFB激光器件的反馈腔主要有光栅、二维矩形晶格、三角晶格，它们分别发射单波长、双波长、三波长激光。有利于有机半导体微腔激光器件集成化的创新方法具有重要意义。

技术实现要素：

本发明用快捷的方法制作反馈腔为拍频结构的有机半导体激光器件，拍频结构即多个光栅平行叠加到一起时形成的调制深度周期规律变化的图样。两个光栅形成的拍频结构作为反馈腔的激光器件经泵浦后发射双波长激光。三个光栅形成的拍频结构作为反馈腔的激光器件经泵浦后发射三波长激光。它们的激光光斑是由多条激光线构成。

基于拍频结构的分布反馈式聚合物激光器，其特征在于，拍频结构即至少两个不同周期的光栅平行叠加到一起形成调制深度周期规律变化的图样，拍频结构上均匀涂有有机半导体薄膜如F8BT、PFO、MEH-PPV等，薄膜的厚度优选为100nm-600nm。

本发明中基于拍频结构的有机半导体DFB激光器件制备技术具体方案如下：

(1)在基底上以800-4000转/秒转速旋涂一层光刻胶薄膜，利用双光束干涉法(光路图如图1所示)在薄膜上曝光n次，n次干涉图案的周期分别为A1、A2……An，n个光栅平行叠加到一起，n大于等于2；

(2)将曝光后的样品显影，显影后拍频结构显现出来(如图2和图3分别是二次曝光的侧面和截面扫描电子显微镜图(SEM))；

(3)在步骤(2)带有拍频结构的样品上以800-4000转/秒旋涂一层有机半导体薄膜如F8BT、PFO、MEH-PPV等，有机半导体溶解在有机溶剂中，有机半导体在有机溶剂中的浓度10-30mg/ml；激光器制备完成。

曝光两次，激光器经泵浦源泵浦，发出双波长激光，激光光斑由多条激光线构成，图4是其激光光斑照片。

如果在上述1)中曝光三次，三次干涉图案周期分别为A1、A2、A3，则可制成三光栅拍频结构，图5和图6分别是其侧面和截面电子扫描显微镜图。在泵浦时，器件发射三波长激光，图7是其激光光斑照片。

上述基底选自玻璃、ITO玻璃、FTO玻璃、石英片或者硅片、PET等；所述的有机溶剂为二甲苯、甲苯、氯苯中的一种；A1、A2、A3……An周期均选自270nm-400nm中的值，A1、A2、A3……An不同，本发明采用两次曝光或三次曝光，A1、A2、A3优选采用350nm、362nm、374nm；泵浦源为400-600nm的皮秒或飞秒激光器。

双光束干涉法光路：激光器(1)发出的激光经由扩束用透镜组(3)后变成扩束的平行光束，扩束的平行光束经由一个或多个第一介质膜全反镜(2)后，再经过分束镜(4)将激光分为两束激光，两束激光分别经由第二介质膜全反镜(2’)反射的激光共同作用于待加工的样品(5)上。

本发明的优势特点：

1)本发明方法无需使用刻蚀设备，成本低廉，可大面积、快速制备拍频结构，重复性好，制备效率高。

2)本发明激光器件可以发射多波长、多条平行的激光线。

附图说明

图1、紫外激光光刻制备拍频结构的光路示意图。

其中，1为激光器(优选紫外激光器，本专利选用激光器波长360nm)；2为第一介质膜全反镜；3为扩束用透镜组；4为分束镜；5为待加工的样品；2’为第二介质膜全反镜。

图2、双光栅形成的拍频结构侧面扫描电子显微镜(SEM)照片。

其中，6处调制深度基本为0,7处调制深度由中间向两边变小。

图3、双光栅形成的拍频结构截面扫描电子显微镜(SEM)照片。

图4、双光栅拍频结构作为反馈腔激光器件发出的激光光斑照片。

其中，8激光波长564nm，9激光波长570nm。

图5、三光栅形成的拍频结构侧面扫描电子显微镜(SEM)照片。

图6、三光栅形成的拍频结构截面扫描电子显微镜(SEM)照片。

图7、三光栅拍频结构作为反馈腔激光器件发出的激光光斑照片。

其中，10激光波长569nm，11激光波长558nm，12激光波长565nm。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步说明，但本发明并不限于以下实施例。

实施例1：双光栅拍频结构作为反馈腔的有机半导体激光器件制备。

1)将光刻胶以2500转/秒的转速旋涂到玻璃基底上，形成150nm的薄膜；

2)将旋涂有光刻胶薄膜的样品放置于加热板上，在110℃下加热1分钟，获得厚度均匀、连续的光刻胶薄膜结构样品；

3)将上述制备的光刻胶薄膜样品置于干涉光路中，如图1所示，其中两光束的半夹角θ＝30.95°。利用快门使样品曝光6秒(和样品接收到的能量、样品显影时间匹配)，此周期为350nm；

4)在样品不动的情况下，调整θ＝29.82°，使样品曝光6秒，此周期为362nm；

5)曝光过的样品在显影液里显影5秒立即取出在去离子水里将残留在样品上的显影液冲洗掉，再用吹风机吹干即完成拍频结构的制备。如图2和图3分别为双光栅拍频结构的侧面和截面扫描电子显微镜(SEM)照片。

6)在拍频结构的样品上以1500转/秒旋涂一层F8BT，F8BT薄膜厚度约180nm，激光器件制备完成。

7)用泵浦源泵浦激光器件，器件发出双波长多束激光线，如图4。

上述光刻胶型号为Allresist AR-P 3170，显影液为Allresist AR 300-47。

实施例2：三光栅拍频结构作为反馈腔的有机半导体激光器件制备。

实施例2

在实施例1中4)步骤后，调整θ＝28.77°，此周期为374nm，再对样品曝光6秒，然后进行上述步骤5)和6)即可完成三光栅拍频结构的制备。如图5和图6分别为三光栅拍频结构的侧面和截面扫描电子显微镜(SEM)照片。用泵浦源泵浦激光器件，器件发出三波长多束激光线，如图7。