一种波长可调的弹性有机激光器及其制备方法与流程

本发明属于激光技术领域，具体涉及一种波长可调的弹性有机激光器及其制备方法。

背景技术：

有机激光材料种类丰富，来源广泛，相比于无机材料具有独特的机械柔性、良好的兼容性和适合溶液法加工等优点。在发光特性上，有机材料通常具有较宽发射光谱且易于调谐，特别适合构造波长可调谐的激光器。有机分布式反馈激光器具有众多出色的特性，例如定向输出、发射易于调整以覆盖整个可见光谱范围、较低的工作阈值、高反射率以及制造工艺简单等。

在有机分布式反馈谐振器的制造方面，其中一种方法是电子束光刻技术，是最精确、用途最广泛的制备纳米图案的方法之一，但该方法非常耗时且需要较高的真空度和先进的电子设备。此外还有激光干涉技术和纳米热压印技术，但昂贵的制作成本、苛刻的工艺条件以及不可控的成品率等诸多问题在某种程度上限制了宽带可调谐有机激光器的发展和应用，因此开发一种工艺简单，成本低廉同时兼具低温加工、高精度和良好的材料兼容性的制备方法十分必要。微纳米结构转印技术是近年来兴起的一种新技术，利用简单的溶液固化处理，可实现从模板到基底的图案转移，极简的制备流程为优化分布式反馈谐振器生产工艺开辟了新视角。

技术实现要素：

发明目的：现有的分布式反馈谐振腔制备工艺复杂，造价昂贵且缺陷率高，为了克服上述问题，更好的满足未来波长可调激光器的发展，本发明提供了一种综合性能优异的波长可调弹性激光器及其制备方法。该弹性激光器具备高精密度、低缺陷率、工艺简单及低成本等优势，同时兼具优异的激光性能和高度拉伸性。

技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

本发明提供一种波长可调的弹性有机激光器，由有机增益层和弹性分布式反馈光栅基底组成。

有机增益层沉积在弹性分布式反馈光栅基底顶部，所述的弹性分布式反馈光栅基底是：表面具有纳米级周期结构的透明弹性体。优选的，所述纳米级周期结构大小为280nm-360nm。

所述的有机增益介质层为有机激光材料：小分子、星型大分子、线型大分子材料或这些材料的二元复合物。优选的，所述的弹性分布式反馈光栅基底通过使用液态的聚甲基硅氧烷pdms转印模板的周期性纳米结构制备。

同时本发明提供一种波长可调的弹性有机激光器的制作方法，具体为：

a.将溶液态的聚甲基硅氧烷pdms和固化剂混合，室温条件下搅拌使其混合均匀，随后静置使混合溶液中的气泡排出；

b.将混合溶液仔细涂覆于模板表面，随后进行抽真空处理，使模板表面的气泡全部排出；

c.对上述步骤b中的处理好的器件进行热固化处理；

d.冷却至室温随后将模板表面固化的pdms薄膜仔细揭下得到透明弹性光栅并转移到玻璃基底上；

e.在上述步骤d中处理好的透明弹性光栅上沉积有机增益层，其厚度为100～200nm。

所述的有机增益层的沉积方式为旋涂、喷墨打印或真空蒸镀的一种。

有益效果：本发明提供的一种波长可调的弹性有机激光器及其制备方法，与现有技术相比，具有以下优势：本发明采用液态pdms转印纳米级周期结构，可以克服传统制备技术的复杂工艺和高温处理的缺点同时具有高度精密的优势，从而有利于获得综合性能优异的弹性激光器。通过组合不同周期的模板和有机增益材料可以实现可见光光谱范围内约150nm高度可调性。pdms材料制备弹性光栅除了具有满足光学要求的高透明度，还具有优异的拉伸性。另外，溶液加工和旋涂工艺节约材料、成本低，同时转印的方法制备分布式反馈光栅可以实现高精密度、低缺陷率，对有机材料具有良好的兼容性。总之，弹性激光器的综合性能优异，特别适用于未来柔性、可调谐、低成本及便携的光电器件的应用。

附图说明

图1为弹性有机激光器结构示意图。

图2为实施例1中弹性有机激光器的波长调谐激光光谱图。

图3为实施例2中弹性有机激光器的波长调谐激光光谱图。

图4为实施例3中弹性有机激光器的波长调谐激光光谱图。

图5为实施例1中使用的有机增益介质t-m的分子结构示意图。

图6为实施例2中使用的有机增益介质spl(2)-1的分子结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作更进一步的说明。

实施例

根据下述实施例，可以更好的理解本发明。然而，本领域的技术人员容易理解，实施例所描述的具体的物料配比、工艺条件及其结果仅用于说明本发明，而不应当也不会限制权利要求书中所详细描述的本发明。

本发明所述的一种波长可调的弹性有机激光器，由弹性分布式反馈光栅和有机发光增益介质层组成；所述的弹性分布式反馈光栅是：表面具有纳米级周期结构的pdms弹性体。所述的有机增益介质层为有机激光材料：小分子、星型大分子、线型大分子材料或这些材料的二元复合物。

本发明提供一种波长可调的弹性有机激光器及其制备方法，所述方法包括以下步骤：

a.将溶液态的pdms和固化剂以10:1体积比混合，室温条件下搅拌30分钟使其混合均匀，随后静置30分钟使混合溶液中的气泡排出；

b.将混合溶液仔细涂覆于母版表面，对器件进行抽真空处理，使模板表面的气泡全部排出；

c.对上述步骤b中的处理好器件进行热固化处理，在80℃条件下退火2小时；

d.退火处理结束，冷却至室温随后将模板表面固化的pdms薄膜仔细揭下得到弹性分布式反馈光栅并转移到玻璃基底上；

e.制备有机增益介质溶液，在上述步骤d中处理好的弹性分布式反馈光栅上旋涂得到有机增益介质层，其厚度控制在100～200nm左右。

所述的弹性分布式反馈光栅是：表面具有纳米级周期结构的高透明度的弹性体。

所述的有机增益介质层为有机激光材料：π共轭有机小分子或聚合物，如聚[(9,9-二正辛基芴基-2,7-二基)-alt-(苯并[2,1,3]噻二唑-4,8-二基)](f8bt)，或者是上述材料的混合物。

所述的增益介质的优选厚度为150nm。膜厚达到一定厚度才能够使光束缚在增益层中形成有效的反馈，通常需要100nm以上，实施例中的厚度选择的均为150nm。

所购买的用于制备弹性光栅的产品为：道康宁sylgard184硅橡胶，是由液体组分组成的双组分套件产品，包括基本组分1kg与固化剂100g。固化剂名称叫作：sylgard184siliconeelastomercuringagent，(中文翻译为sylgard184硅橡胶固化剂)。

所述的增益介质的沉积方式为旋涂、喷墨打印或真空蒸镀中的一种。

以下通过若干实施例对本发明做进一步说明，但实施例不限制本发明的涵盖范围。

实施例1

蓝光可调谐弹性有机激光器的制备：转印法制备周期280nm的弹性分布式反馈光栅，具体步骤如下：a.将溶液态的pdms和固化剂以10:1体积比混合，室温条件下搅拌30分钟使其混合均匀，随后静置30分钟使混合溶液中的气泡排出；b.将混合溶液仔细涂覆于周期为280nm的母版表面，对器件进行抽真空处理，使模板表面的气泡全部排出；c.对上述步骤b中的处理好器件进行热退火固化处理，在80℃条件下退火2小时；d.退火处理结束，冷却至室温随后将模板表面固化的pdms薄膜仔细揭下得到弹性分布式反馈光栅并转移到玻璃基底上。

选择t-m增益材料，以甲苯为溶剂，配制溶液浓度为20mg/ml，旋涂转速2000rpm、旋涂时间60s、旋涂加速度2000rpm/s，制备的薄膜厚度为150nm。

t-m属于星型大分子，是本科研组前期的研究成果，它是一种合成的材料，分子结构式如附图5，三嗪核外围用咔唑取代，在咔唑的-2,7位置连上芴基，分子描述为：9,9'-(6-(2,7-bis(9,9-dihexyl-9h-fluoren-2-yl)-9h-carbazol-9-yl)-1,3,5-triazine-2,4-diyl)bis(9h-carbazole)(t-m)。

对制备的弹性激光器件进行激光测试，图2展示了弹性激光器的激光波长调谐能力，实现了从426nm到436nm范围内的激光波长调谐。

实施例2

绿光可调谐弹性有机激光器的制备：转印法制备周期320nm的弹性分布式反馈光栅，具体步骤如下：a.将溶液态的pdms和固化剂以10:1体积比混合，室温条件下搅拌30分钟使其混合均匀，随后静置30分钟使混合溶液中的气泡排出；b.将混合溶液仔细涂覆于周期为320nm的母版表面，对器件进行抽真空处理，使模板表面的气泡全部排出；c.对上述步骤b中的处理好器件进行热退火固化处理，在80℃条件下退火2小时；d.退火处理结束，冷却至室温随后将模板表面固化的pdms薄膜仔细揭下得到弹性分布式反馈光栅并转移到玻璃基底上。选择spl(2)-1增益材料，以甲苯为溶剂，配制溶液浓度为20mg/ml，旋涂转速2000rpm、旋涂时间60s、旋涂加速度2000rpm/s，制备的薄膜厚度为150nm。

spl(2)-1增益材料也是本科研组前期的研究成果，其结构式如图6所示。

对制备的弹性激光器件进行激光测试，图3展示了弹性激光器的激光波长调谐能力，实现了从476nm到486nm范围内的激光波长调谐。

实施例3

黄光可调谐弹性有机激光器的制备：转印法制备周期360nm的弹性分布式反馈光栅，具体步骤如下：a.将溶液态的pdms和固化剂以10:1体积比混合，室温条件下搅拌30分钟使其混合均匀，随后静置30分钟使混合溶液中的气泡排出；b.将混合溶液仔细涂覆于周期为360nm的母版表面，对器件进行抽真空处理，使模板表面的气泡全部排出；c.对上述步骤b中的处理好器件进行热退火固化处理，在80℃条件下退火2小时；d.退火处理结束，冷却至室温随后将模板表面固化的pdms薄膜仔细揭下得到弹性分布式反馈光栅并转移到玻璃基底上。选择聚[(9,9-二正辛基芴基-2,7-二基)-alt-(苯并[2,1,3]噻二唑-4,8-二基)](f8bt)增益材料，以甲苯为溶剂，配制溶液浓度为20mg/ml，旋涂转速2000rpm、旋涂时间60s、旋涂加速度2000rpm/s，制备的薄膜厚度为150nm。

对制备的弹性激光器件进行激光测试，图4展示了弹性激光器的激光波长调谐能力，实现了从574nm到586nm范围内的激光波长调谐。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。